Lujitemuovin kierrätystä ei ole pidetty kovin kriittisenä asiana materiaalin luonteesta johtuen. Kovettunut lujitemuovi on inertti materiaali, josta valtaosa on lujitettu savesta, kalkkikivestä, kvartsihiekasta jne. valmistetuilla lasikuiduilla. Kuitupitoisuus on yleensä 30…50 p%. Lujitemuovijätteen sijoittamista kaatopaikoille on siten pidetty luontevana käsittelytapana. Tätä kirjoitettaessa tilanne on kuitenkin muuttunut ratkaisevasti. Yhteiskunta rajoittaa kaatopaikkojen käyttöä sekä jätemaksuilla että lainsäädännöllä ja lisäksi kuluttajien asenne on muuttunut kierrätystä vaativaksi.

EU on myös asettamassa direktiivien muodossa vaatimuksia lujitemuovijätteiden käsittelyyn. Vuonna 2000 voimaan tullut Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2000/53/EY romuajoneuvoista asettaa tavoitteet romuajoneuvojen uudelleenkäytöstä ja kierrätyksestä. Vuonna 2015 95 % autojen painosta on oltava uudelleenkäytettävissä tai kierrätyksellä hyödynnettävissä. Tästä korkeintaan 10 % saa tapahtua energian talteenottamisella. Autoissa käytettävien lujitemuoviosien pitää siten pääosin olla kierrätettävissä. Direktiivi 1999/31/EY kaatopaikoista puolestaan rajoittaa eri jätetyyppien kaatopaikkasijoittamista. Direktiivin mukaan jätteen syntymistä tulee ehkäistä ja jätteen kierrätystä sekä hyödyntämistä on edistettävä.

Suomen jätelaki ja ympäristönsuojelulaki säätelevät myös jätteiden käsittelyä. Tavoitteena on nostaa yhdyskuntajätteen hyödyntämisastetta 70 %:iin vuoteen 2005 mennessä. Lisäksi kielletään palavan jätteen vienti kaatopaikoille vuonna 2008. Yleisesti tulee soveltaa seuraava porrastettua mallia raaka-aineiden ja jätteiden käsittelemiseksi, jotta kestävän kehityksen periaate saavutetaan:

1. Ehkäisy: Valmistettavien tuotteiden suunnittelu ja valmistus toteutetaan siten, että syntyvä jätteen määrä minimoidaan tai eliminoidaan ja/tai kappaleen kierrätys onnistuu helposti tuotteen elinkaaren lopussa
2. Uusiokäyttö: Tuotteet käytetään uudelleen. Tämä edellyttää käytettyjen tuotteiden keräämistä, puhdistamista tai korjausta sekä uusiokäyttöä joko samaan tai uuteen tarkoitukseen.
3. Kierrätys: Jäte kerätään talteen ja kierrätetään raaka-aineeksi uusien tuotteiden valmistukseen.
4. Polttaminen: Jäte poltetaan energiasisällön talteenottamiseksi.
5. Kaatopaikkasijoitus: Jäte, jota edellä mainituilla tavoilla ei voida hyödyntää, sijoitetaan kaatopaikalle.

10.6.1   Lujitemuoviteollisuuden jätteet

Lujitemuovijätteitä ovat tuotannossa syntyneet tuotantojätteet ja käytöstä eri syistä poistetut tuotteet eli tuotejätteet. Suomessa on karkeasti arvioitu syntyvän vuodessa noin 4 000 tonnia lujitemuovijätettä, josta puolet on käytöstä poistettuja tuotteita, pääasiassa veneitä ja kuljetusvälineiden osia ja loput tuotantojätettä. Käytöstä poistetut lujitemuovituotteet muodostavat hyvin sekalaisen ryhmän jätettä, jonka kulkua, kokonaismäärää ja laatua on hyvin vaikeaa selvittää koko yhteiskunnan jätemäärästä. Lujitemuovituotteilla on tyypillisesti hyvin pitkä käyttöikä, niiden materiaalikoostumus vaihtelee hyvin paljon ja ne koostuvat usein monesta eri tavoin yhdistetystä komponentista. Lujitemuovin määrä on selvästi pienempi verrattuna esimerkiksi kuitulujittamattomiin valtamuoveihin, lasiin, paperiin ja metalleihin. Tästä syystä kuitulujitettujen muovituotteiden keräys, lajittelu ja käsittely on hankalaa ja kallista.

Kuvassa 10.7 on esitetty arvio Ruotsissa syntyvästä lujitemuovijätteestä perustuen lujitemuovituotannon volyymiin vuosina 1965…1995. Tehdyn selvityksen mukaan arvioitiin, että Ruotsissa valmistettiin tuona ajanjaksona 700 000 tonnia lujitemuovituotteita. Lisäksi oletettiin lujitemuovituotteiden keskimääräiseksi eliniäksi 30 vuotta. Tämän perusteella jätteen määrän tulisi tänä päivänä olla 10 000…20 000 tonnia. Tällaista lujitemuovijätemäärää ei kuitenkaan ole vielä havaittu, minkä oletetaan johtuvan siitä, että lujitemuovituotteilla on oletettua pitempi elinikä ja että lujitemuovijätteen määrää ei luotettavasti ole kyetty toteamaan kokonaisjätteen seasta.

Kuva 10.7 Arvio Ruotsissa syntyvästä lujitemuovituotejätteestä.

Tuotantojätteen tai hävikin hyödyntämistä hankaloittaa niiden hyvin sekalainen koostumus. Tuotantohävikki käsittää mm. likaantuneen ja/tai kovettuneen muovin, vanhentuneen, käyttökelvottoman muovin ja lujite/muovi-yhdistelmät, leikkaus-, koneistus- ja työstöjätteen, hionta- ja sahauspölyn, likaantuneet pakkaukset ja työvälineet, alipainemenetelmissä käytetyt tarvikkeet sekä hylkytuotteet. Tuotantojätteen hyödyntäminen edellyttää sen lajittelua jo syntyvaiheessa.

Muoviteollisuus ry:n aloitteesta Suomen lujitemuoviteollisuuden tuotantojätemäärät selvitettiin v. 2001 Tampereen teknillisen yliopiston kyselytutkimuksessa. Tarkoitus oli selvittää lujitemuoviyritysten raaka-ainevirrat ja niistä syntyvät jätemäärät sekä tutkimuksen pohjalta tehdä johtopäätökset nykyisten tuotantomenetelmien ja materiaalikäytön tehokkuudesta. Tuotantojätemäärän ja -laadun selvittämistä hankaloitti lujitemuoviyritysten tuotevalikoiman monipuolisuus ja käytettyjen tuotantomenetelmien monimuotoisuus. Ongelmana oli myös yritysten koko. Tuotantojäte oli siten sekä koostumukseltaan että määrältään hyvin erilaista eri yrityksissä. Tämä vaikeuttaa merkittävästi syntyvän jätteen laajempaa hyödyntämistä. Karkeasti arvioiden jätteen määrän vaihtelualue yritysten välillä olisi 0,1…50 t/a.

Tuotantojäte jakautui myös laadultaan eri tavoin eri yrityksissä. Pienissä yrityksissä suurin jätteen määrä koostui sekalaisesta, vaikeasti mitattavasta ja yksilöitävästä jätteestä kuten hartsiroiskeista, hionta- ja leikkauspölystä sekä työvälineisiin ja astioihin jääneestä raaka-aineesta. Reunojen leikkausjäte muodosti toisen merkittävän jätetyypin. Keskimääräinen hävikki pienissä yrityksissä oli 6 %. Suurissa yrityksissä muovijäte oli merkittävin jätetyyppi ja vasta sen jälkeen edellä mainitut vaikeasti mitattavat jätteet. Suurissa yrityksissä keskimääräinen hävikki oli 19 %. Selvityksessä verrattiin käytettyjen raaka-aineiden massaa valmistuneisiin tuotteisiin. Veneenvalmistajat arvioivat hävikiksi n. 5 % käytetystä raaka-ainemäärästä. Arvion mukaan Suomessa syntyisi siten n. 2 000 tonnia tuotantojätettä, joka hinnaltaan vastaisi n. 10 milj. euron hävikkiä. Suomen lujitemuoviteollisuuden 130 milj. euron vuosittaisesta liikevaihdosta jätteen rahallinen osuus olisi tämän perusteella 7,5 %.

10.6.2   Kierrätysmenetelmät

Kierrätys on jätteen hyödyntämistä energiana, raaka-aineena tai materiaalina. Kierrätysmenetelmien yleinen jako on esitetty taulukossa 10.5.

Taulukko 10.5

Kierrätysmenetelmien yleinen jako.

Menetelmän tyyppi
Primaarinen menetelmä	Jätteen uusiokäyttö sellaisenaan tai raaka-aineena ilman arvonmenetystä,
Sekundaarinen menetelmä	Jätteen kierrätys tuotteissa, joiden arvo on alempi verrattuna alkuperäiseen tuotteeseen
Tertiaarinen menetelmä	Jätteen kierrätys hajottamalla materiaali kemiallisesti lähtöaineeksi, jota voidaan käyttää uuden tuotteen raaka-aineena
Kvarternaarinen menetelmä	Jätteen polttaminen ja lämpöenergian talteenotto

Kierrätysmenetelmät voidaan jakaa myös mekaaniseen ja kemialliseen kierrätykseen sekä polttamiseen. Mekaaninen kierrätys hyödyntää jätteen materiaalina. Käsittely voidaan toistaa, jos materiaalin ominaisuudet eivät oleellisesti huonone. Mekaaninen kierrätys voi olla joko primaarista tai sekundaarista käyttökohteesta riippuen. Kestomuovien kierrätys on tästä esimerkki. Kestomuovit voidaan jauhaa granulaateiksi ja prosessoida uusiotuotteiksi. Kemiallista kierrätystä ovat erilaiset kemialliset käsittelyt kuten hydrolyysi, pyrolyysi, kaasutus tai hydraus, joilla materiaali hajotetaan uusioraaka-aineeksi. Tyydyttymättömät polyesterit voitaisiin periaatteessa hajottaa hydrolyysillä glykoliksi ja styreeniksi, mutta prosessi on kalleutensa vuoksi käytännössä kannattamaton. Lujitemuovien kemiallinen kierrätys edellyttää hyvin suuria materiaalimääriä ja kalliita laiteinvestointeja. Poltto on erittäin merkittävä jätteiden käsittelymenetelmä, jolla Euroopassa käsitellään suuria määriä yhdyskuntajätettä.

Mekaaninen kierrätys

Mekaanista kierrätystä on eniten tutkittu lujitemuovijätteiden hyödyntämiseksi. Mekaaninen kierrätys tapahtuu murskaamalla ja jauhamalla. Murskauksessa kappale pienennetään sopivaan kokoon, jonka jälkeen se jauhetaan kuitupitoiseksi tai pulverimaiseksi tuotteeksi. Tuotteesta voidaan erottaa eri sovellutuksia varten erilaisia fraktioita esim. kuitupituuden tai partikkelikoon mukaan.

ERCOM Composites Recycling Saksassa on esimerkki yrityksestä, jonka toiminta perustui autoista kerättävän SMC ja BMC jätteen murskaamiseen ja jauhamiseen kierrätystä varten. ERCOM:in perustivat v. 1992 SMC-massan valmistajat ja raaka-ainetoimittajat eurooppalaisten autonvalmistajien vaatimuksesta. Yrityksen ideana oli kehittää tehokas, logistinen jätteiden keruu- ja käsittelyjärjestelmä, jossa kerätty jäte murskattiin ja jauhettiin keskitetysti. Jäte haettiin autotehtailta ja –korjaamoilta erityisillä murskainautoilla, joissa jäte välittömästi murskattiin tilavuudeltaan noin neljäsosaan. Syntynyt murske kuljetettiin prosessointilaitokseen, jossa se jauhettiin pienempipartikkeliseksi muovin ja kuidun seokseksi, joka lopuksi kuivattiin. Tämä jauhettiin vielä kertaalleen, jonka jälkeen saadut pöly- ja kuitufraktiot lajiteltiin kolmeen eri kokoluokkaan. Näin saatu kierräte toimitettiin takaisin SMC- ja BMC-massoja valmistaville yrityksille uudelleen käytettäväksi.

SMC- ja BMC-massojen valmistuksessa on mahdollista käyttää kierrätettä 10…20 p% ominaisuuksien heikkenemättä. Kierrätettä sisältävistä massoista valmistettavat tuotteet painavat 5…15 % vähemmän kuin vastaavat neitseellisestä massasta valmistetut tuotteet. Tämä johtuu pienemmästä kuitupitoisuudesta. ERCOM:in käsittelykapasiteetti on ollut 6 000 t/a, mutta laitos on toiminut vajaateholla koko toimintansa ajan. Käyttöaste on ollut vain n. 20 %. Tänä päivänä toiminta on käytännössä loppunut alkuperäisten rahoittajien vetäydyttyä yhtiöstä.

Ruotsissa SICOMP aloitti 1990-luvun alkupuolella tutkimusprojektin lujitemuovijätteen kierrättämiseksi mekaanisin menetelmin. Projekti tehtiin yhteistyössä raaka-ainetoimittajien ja venevalmistajien kanssa. Tuloksena oli moottorivene, jonka valmistuksessa käytettiin 20 p% jauhettua lujitemuovijätettä. Jäte oli pääosin ERCOM:sta saatua kierrätettä. Vene valmistettiin ruiskulaminoimalla hartsi/kierräte-seosta yhdessä neitseellisen lasikuidun kanssa. Teknisesti valmistus onnistui erittäin hyvin ja vene täytti myös muut sille asetetut vaatimukset. Näitä ”kierrätysveneitä” valmistettiin 15 kpl, mutta varsinaiseen sarjatuotantoon sitä ei otettu kierrätteen silloisesta korkeasta hinnasta ja tuotannon edellyttämästä erikoisruiskusta johtuen.

Mekaaninen kierrätys sopii parhaiten täysin kovettuneille lujitemuoveille, kuten SMC- ja BMC-massoista valmistetuille kappaleille. Tuotantojäte, jossa matriisimuovina on polyesteri tai vinyyliesteri, ei tavallisesti ole täysin kovettunutta ja se on jälkikovetettava korotetussa lämpötilassa ennen mekaanista käsittelyä. Jollei jälkikovetusta suoriteta, reagoimaton styreeni voi haihtua jauhamisen aikana. Tästä on seurauksena työhygieenisiä ongelmia ja mahdollisesti jopa tulipaloja.

Lujitemuovijätteen polttaminen

Lujitemuovijätteen polttamista muun yhdyskuntajätteen kanssa on myös tutkittu. Ongelmana polttamisessa on palamaton lujite, jonka pitoisuus voi vaihdella 30…80 p%:n välillä. Tämä aine siirtyy tuhkaan ja pitää hävittää muun tuhkamateriaalin kanssa. Toisaalta lujitemuovissa voi olla hiilikuitua, jonka lämpöarvo on erittäin korkea tai luonnonkuituja, jotka palavat niin ikään hyvin polttokattiloissa. Lujitemuovien lämpöarvoja eri lujitepitoisuuksilla on esitetty kuvassa 10.8.

Kuva 10.8 Lujitemuovien lämpöarvoja.

Syksyllä 2001 tehtiin Ruotsissa Köpingin jätteenpolttolaitoksessa koe, jossa 70 MW arinapolttolaitoksessa poltettiin 13 tonnia lujitemuovisekajätettä, joka sisälsi mm. epoksi/hiilikuitujätettä, kaksi moottorivenettä, kerroslevyjä ja SMC-massasta valmistettuja kappaleita. Poltettavassa seoksessa oli 10 % lujitemuovijätettä ja loppu yhdyskuntajätettä. Poltto suoritettiin kahden vuorokauden aikana. Koe osoitti, että lujitemuovijätteitä voidaan polttaa kohtuullisen hyvin polttolaitoksissa, mutta onnistunut poltto edellyttää jätteen esikäsittelyä. Hiilikuidut aiheuttavat korkeita hiukkaspitoisuuksia savukaasuissa. Käsittely jätteenpolttolaitoksessa edellyttääkin, että jätteen koostumus ja lämpöarvo tunnetaan eikä jäte sisällä savukaasuihin muodostuvia sähköä johtavia tai  ympäristömyrkkyjä sisältäviä ainesosia.

Energian ja materiaalin talteenotto

Suhteellisen uusi jätteiden käsittelytapa on jätteen energiasisällön talteenotto yhdistettynä materiaalin talteenottoon. Lujitemuovijätteille tämä tarkoittaa matriisimuovin energiasisällön talteenottoa polttamalla, minkä jälkeen lujite ja täyteaineet hyödynnetään uuden tuotteen valmistuksessa. Lujitemuovijätteen poltto sementin valmistuksessa on eräs esimerkki tästä. Muovi käytetään sementinvalmistuksen polttoaineena ja jäljelle jäävä lujite ja mahdolliset palamattomat täyteaineet hyödynnetään sementin komponentteina. Ongelmana tässä esimerkkitapauksessa on se, että sementinvalmistuksessa volyymit ovat suuret. Kaupallinen hyödyntäminen edellyttää näin ollen tasalaatuisen lujitemuovijätteen riittävää saatavuutta.

Lujitemuovijätteiden hallittua polttoa sekä kuitujen ja täyteaineiden talteenottoa on tutkittu seikkaperäisesti Nottinghamin yliopistossa Englannissa. Lujitemuovijäte poltettiin leijupetikattilassa, minkä jälkeen kuidut ja täyteaineet erotettiin saavukaasuista syklonin avulla. Polttamalla valvotusti jätettä 450 °C:n lämpötilassa saatiin talteen lasikuitua, jonka vetolujuus oli puolet neitseellisen kuidun lujuudesta. Tällä lasikuidulla korvattiin osa neitseellisestä lasikuidusta BMC-massassa, josta valmistetaan ajoneuvojen valojen sisäkupuja. Kokeen tuloksena oli, että menetelmällä saadulla kierrätyslasikuidulla voidaan korvata 50 % neitseellisestä lasikuidusta. Poltossa tuhoutuvat lasikuidun pintakäsittelyaineet, mikä rajoittaa tällaisen kierrätyskuidun käyttöä.

Leijupetitekniikka soveltuu myös hiilikuitukomposiittien ja –prepegien polttoon. Poltto 450…550 °C:n lämpötilassa tuottaa hiilikuitua, jonka mekaaniset ominaisuudet vastaavat neitseellinen kuidun ominaisuuksia. Keskimääräinen kuitupituus on polton jälkeen 5…10 mm. Käytetty menetelmä on taloudellisesti kannattava, kun hiilikuidulla lujitettua muovijätettä on saatavilla 200 t/a. Lasikuiduilla lujitettua muovijätettä tarvitaan vastaavasti 10 000 t/a. Menetelmällä saatua kierrätyshiilikuitua voidaan käyttää mm. pintamattojen ja suodatinkankaiden valmistukseen.

10.6.3   Lujitemuovien kierrätyksen tulevaisuus

Vaikka lujitemuovien kierrätystä on selvitetty ja tutkittu hyvin paljon, kaupalliset käytännön sovellutukset puuttuvat edelleen. Lujitemuovijätteestä ei toistaiseksi ole voitu luoda kestomuovijätteen tapaista, markkina-arvon omaavaa kierrätysraaka-ainetta. Tuotantojäte omaa suurimman mahdollisuuden hyödyntämisen kannalta. Tuotantojätettä syntyy paikallisesti suuriakin määriä ja se on lajiteltavissa ja käsiteltävissä välittömästi uusiokäyttöä varten.

Kierrätystä ohjaavat mm. viranomaismääräykset, lait ja asetukset, jätemaksut sekä yhteiskunnan asettamat vaatimukset koskien kestävää kehitystä. Lujitemuoviyrityksissä ehkä tärkein toimenpide on jätteiden syntymisen ehkäisy ja minimointi huolellisella tuotesuunnittelulla ja valmistusmenetelmien valinnalla. Jätteen mekaaninen kierrätys omassa tuotannossa on seuraava toimenpide. Raaka-ainehävikkiä vähentämällä säästetään sekä raaka-ainekustannuksissa että jätteiden käsittelymaksuissa.

Kirjallisuutta

Kappale 10.4

1. SFS-EN ISO 9000 Laadunhallintajärjestelmät. Perusteet ja sanasto, Suomen standardisoimisliitto SFS, 2001-03-12
2. SFS-EN ISO 9001 Laadunhallintajärjestelmät. Vaatimukset, Suomen standardisoimisliitto SFS, 2001-03-12
3. SFS-EN ISO 9004 Laadunhallintajärjestelmät. Suuntaviivat suorituskyvyn parantamiselle, Suomen standardisoimisliitto SFS, 2001-03-12

Kappale 10.5

1. Siiki P., Työturvallisuuslainsäädäntö, työnantajan ja työntekijän velvollisuudet ja oikeudet. Edita Publishing Oy, Helsinki 2002. ISBN 951-37-3824-8.
2. Työpaikan kemikaalilainsäädäntö. Edita Publishing Oy, Helsinki 2002. ISBN 951-37-3634-2.
3. Työterveyshuolto. Edita Publishing Oy, Helsinki 2002. ISBN 951-37-3636-9.
4. Työsuojelun toimintaohjelma – opas työpaikoille. Reijo Kanerva ja Oy Edita Ab, Helsinki 1997. ISBN 951-37-2214-7.
5. HTP-arvot 2002. Sosiaali- ja terveysministeriö: Työsuojelusäännöksiä 3, Kirjapaino Öhrling, Tampere 2002. ISBN 952-00-1107-2.
6. Säämänen A., Methods to control styrene exposure in the reinforced plastics industry. VTT:n julkaisuja 354, Espoo 1998.
7. Husgafvel-Pursiainen K., Tietoisku: Työperäisen puupölyaltistumisen terveyshaitat. Puupölyohjelma, Työterveyslaitos, Helsinki huhtikuu 2003.
8. Tutkimus- ja toimintaohjelma; Puupöly, altistuminen ja terveyshaitat 2002 – 2006. Työterveyslaitos, Työhygienian ja toksikologian osasto.
9. Peters S.T., Handbook of Composites, Second Edition, ss. 823…837. Chapman & Hall, GB 1998. ISBN 0 412 54020 7.
10. General Health & Safety Advice for SP Systems Epoxy Resins & Hardeners. SP Systems Ltd, UK 2002.
11. Hamerton I., Recent Developments in Epoxy Resins. Rapra Review Reports Volume 8, Number 7, Rapra Technology Ltd, UK 1996. ISBN 1-85957-083-6.

Kappale 10.6

1.      Lujitemuoviyrityksen hävikkiopas, Muoviteollisuus ry, Helsinki 2001.

Lujitemuoviteollisuudelle on tyypillistä työskentely lukuisten kemiallisten aineiden sekä erilaisten lujitteiden ja täyteaineiden kanssa. Kemiallisista aineista osa on komposiittien raaka‑aineita ja osa komposiittien valmistukseen oleellisesti liittyviä apuaineita. Käytetyistä raaka‑ ja apuaineista johtuen on erityistä huomiota kiinnitettävä varsinaisen valmistusprosessin lisäksi komposiittien työstöön ja viimeistelyyn sekä kemiallisten aineiden varastointiin ja jätteiden hävittämiseen (ks. myös luku 10.6).

Turvallisen työskentelyn edellytyksenä on turvalliseksi suunnitellun työympäristön, työn kulun ja työmenetelmien lisäksi se, että jokaisella tuotantoon välillisesti tai välittömästi osallistuvalla on riittävät tiedot kaikkien käytössä olevien raaka‑ ja apuaineiden käyttötavoista, ominaisuuksista, koostumuksesta ja vaarallisuudesta. Lisäksi on oltava tiedossa miten mahdollisen vahingon tapahduttua on toimittava. Työtekijöiden on myös noudatettava annettuja suojeluohjeita ja käytettävä kuhunkin työhön määrättyjä henkilö‑ ja laitekohtaisia suojeluvälineitä.

Puitteet työturvallisuudelle antavat työturvallisuuslaki ja kemikaalilaki ja siihen liittyvät täsmentävät asetukset, päätökset ja muut määräykset. Myös työterveyshuoltoa koskevalla lainsäädännöllä on tärkeä merkitys. Sosiaali- ja terveysministeriö julkaisee työsuojelua koskevia turvallisuusmääräyksiä, ‑ohjeita ja ‑tiedotteita. Sosiaali- ja terveysministeriön päätökset, asetukset ja määräykset ovat yleisesti sitovia. Terveydelle vaarallisista aineista on aineen valmistajan tai toimittajan annettava käyttöturvallisuustiedote ja aineen käyttöä koskevat yksityiskohtaiset ohjeet sekä varustettava pakkaukset asianmukaisin varoitusmerkinnöin. Keskeisinä esimerkkeinä voidaan mainita asetukset 28.6.2001/624 ja 26.9.2001/807 sekä päätös 29.5.1998/377.

Euroopan unionin jäsenyydellä on myös vaikutuksensa maamme työsuojeluun. EU:n lainsäädäntö, lähinnä direktiivit on otettava huomioon kansallisessa lainsäädännössämme. Nykyisin suurin osa uusista kansallisista säädöksistä perustuu direktiiveihin. EU-tasolla käsitellään myös pitemmälle ajanjaksolle ulottuvia tavoitteita ja toimintaohjelmia, jotka liittyvät työntekijöiden turvallisuuteen ja terveyteen.

10.5.1   Terveydelle vaaralliset aineet

Yleistäen voidaan sanoa kaikkien kemikaalien olevan myrkyllisiä riippumatta siitä, kuinka turvallisia niiden luullaan olevan. Myrkyllisyydellä tarkoitetaan kullekin kemikaalille luontaista haitallista vaikutusta, jota ei voida muuttaa, kuten ei kemikaalin väriä, hajua tai muitakaan fysikaalisia ominaisuuksia. Toisaalta voidaan myös todeta, että myrkyllisimmänkin kemikaalin vaarallisuus voi työntekijälle olla vähäinen, kun ainetta käsitellään huolellisesti ja oikealla, ohjeiden mukaisella tavalla.

Aineen vaarallisuus riippuu sen luontaisesta myrkyllisyydestä ja altistuksen määrästä. Ilman altistumista ei myrkyllisinkään kemikaali ole vaarallinen. Toisaalta on muistettava, että suhteellisen alhaisen myrkyllisyyden omaava aine voi olla erittäin vaarallinen, jos altistuksen määrä on hyvin suuri. Tämä merkitsee sitä, että työskenneltäessä kemikaalien tai kemiallisten aineiden seosten kanssa on aina tehtävä kaikki mahdollinen altistuksen määrän pitämiseksi mahdollisimman pienenä täysin riippumatta siitä, kuinka myrkyllistä tai vaarallista kyseinen aine on. Jotkut aineet voimistavat toistensa vaikutuksia, ts. niiden vaikutukset ovat synergisiä. Tällaisille aineille tapahtuvan yhteisaltistumisen haittavaikutuksen arvioiminen on hankalaa, koska synergisistä vaikutuksista on toistaiseksi vain vähän tietoa.

Altistuminen työssä tapahtuu yleensä joko ihon tai hengitysteiden kautta. Terveydelliset vaikutukset jaetaan tavallisimmin äkilliseen ja pitkäaikaiseen altistukseen sekä paikallisiin vaikutuksiin. Paikallisia vaikutuksia ovat ärsytys ja syövytys, jotka ilmenevät vaikutuskohdassa, kuten esimerkiksi ihossa, silmissä tai limakalvoissa. Ärsytys aiheuttaa tyypillisesti punotusta ja turvotusta ja syövytys kudoksen tuhoutumista. Äkillisen altistuksen vaikutukset ilmenevät joko välittömästi tai lyhyen ajan kuluessa altistuksesta, pitkäaikaisen altistuksen vaikutukset vastaavasti altistuttaessa pitkän aikaa tai toistuvasti kemiallisille aineille. Tyypillisiä äkillisen altistuksen vaikutuksia ovat päänsärky, huonovointisuus, elimistön toiminnan häiriöt ja tajunnanmenetys, joka voi johtaa jopa kuolemaan. Pitkäaikaisen altistuksen vaikutuksia ovat esimerkiksi herkistyminen, hermosto‑ ja elinvauriot sekä erilaiset sairaudet. Herkistyminen on yleensä ihottumana tai astmatyyppisenä oireena ilmenevä allerginen reaktio jollekin aineelle. Herkistyminen on hyvin yksilöllistä. Merkittävää on muistaa, että henkilön herkistyttyä jollekin kemikaalille jo lyhyt altistus ja erittäin pieni määrä kyseistä ainetta voi aiheuttaa voimakkaitakin oireita.

Muita merkittäviä terveydellisiä vaikutuksia ovat mm. aineen karsinogeenisuus (aineen ominaisuus aiheuttaa syöpää) ja mutageenisuus (aineen ominaisuus aikaansaada geenimutaatioita). Myrkyllisyyden ohella työturvallisuuden kannalta merkittäviä aineen ominaisuuksia ovat mm. reaktiivisuus, hapettavuus ja syttyvyys sekä palo‑ ja räjähdysominaisuudet.

Aineen äkillistä myrkyllisyyttä mitataan yleisimmin LD₅₀‑arvolla (median lethal dose). LD₅₀‑arvo ilmoittaa aineen määrän koe‑eläimen painokiloa kohti (esim. mg/kg), jolla 50 % koe‑eläimistä, tavallisesti rotista, kuolee. Aine voidaan antaa suun tai ihon kautta, ihon alle, suoneen, vatsaonteloon tai lihakseen. Aine on sitä myrkyllisempi ja terveydelle vaarallisempi mitä pienempi sen LD₅₀‑arvo on. Aineen äkillistä myrkyllisyyttä hengitysteitse mitataan vastaavasti LC₅₀‑arvolla (median lethal concentration). LC₅₀‑arvo ilmoittaa ilmassa olevan aineen pitoisuuden (esim. mg/m³, mg/l tai ppm = parts per million = cm³/m³), jolla 50 % koe‑eläimistä kuolee. LC₅₀‑arvoa käytetään kaasuille, höyryille ja pölyille ja sen yhteydessä ilmoitetaan tavallisesti myös altistusaika (esim. 4 tai 8 h).

Sosiaali- ja terveysministeriön työsuojeluosasto julkaisee turvallisuustiedotetta työpaikan ilman epäpuhtauksien haitalliseksi tunnetuista pitoisuuksista (HTP‑arvot). HTP‑arvo on sama kuin kynnys‑ eli TLV‑arvo (threshold limit value). Se ilmoittaa kunkin epäpuhtauden osalta raja-arvon (mg/m³, ppm), jota pienemmällä pitoisuudella haitallisten vaikutusten vaara on vähäinen. Kuitumaisten pölyjen ja eräiden muiden aineiden raja-arvot voidaan antaa myös muissa yksiköissä. Kuitumaisten pölyjen yksikkönä on kpl/cm³, joka ilmaistaan tunnuksella l/cm³. Haitalliseksi tunnetut pitoisuudet ilmoitetaan keskipitoisuuksina käyttäen keskiarvotusaikana joko 8 tuntia tai 15 minuuttia. Eräille aineille annetaan myös hetkelliset HTP-arvot.

Seuraavissa kappaleissa käsitellään lyhyesti eräiden keskeisten lujitemuoviteollisuuden käyttämien raaka‑ ja apuaineiden myrkyllisyyttä ja vaarallisuutta terveydelle. Tiedot perustuvat kirjoittamishetkellä saatavilla olevaan aineistoon. Koska sekä kokemuksen että tutkimusten kautta näistä aineista ja aineiden seoksista saadaan jatkuvasti uutta tietoa, on tärkeää, että käyttäjien omat tiedostot ovat ajan tasalla. Tämä edellyttää mm. sitä, että käytettävissä on aina uusimmat Sosiaali- ja terveysministeriön julkaisemat turvallisuustiedotteet/työsuojelusäädökset ja materiaalitoimittajilta saatavat käyttöturvallisuustiedotteet. CAS‑numero (Chemical Abstract Service) on mainittu suluissa eräiden kemikaalien yhteydessä helpottamaan tunnistamista. Numeroa voidaan käyttää myös haettaessa kirjallisuudesta tai internetistä täydentävää tietoa ko. aineesta. Nykyisin useimmilla raaka-aineiden valmistajilla on internetissä sekä kattava tekninen tiedosto että käyttöturvallisuustiedotteet markkinoimistaan matriisimuoveista, lujitteista sekä täyte- ja lisäaineista.

10.5.2   Muovit ja muovien raaka-aineet

Styreeni (100-42-5)

Yleisimmin käytössä olevista matriisimuoveista ja valmistusmenetelmistä johtuen styreeni on kokonaisuutena katsoen todennäköisesti lujitemuoviteollisuutemme suurin ongelma. Styreenin terveydellisiä vaikutuksia ja keinoja styreenialtistumisen pienentämiseksi on tutkittu hyvin paljon sekä Suomessa että muissa maissa. Edistystä on tapahtunut useilla alueilla. Styreeniä sisältäviä matriisimuoveja on modifioitu, valmistustekniikoita kehitetty ja tuotantotiloja parannettu. Myös raaka-aineen käsittelyyn ja varastointiin sekä tuotantotilojen siisteyteen on kiinnitetty huomiota (ks. 10.6.2 ja 10.6.3). Styreenihaihtuman suuruuteen vaikuttaa ensisijaisesti muovin styreenipitoisuus. Vähemmän vaikuttavia tekijöitä ovat geeliytymisaika, muovin viskositeetti ja valmistettavan laminaatin paksuus.

Markkinoilla on alhaisen styreenihaihtuman (low styrene emission resin/LSE) matriisimuoveja, joissa yleensä käytetään parafiini- tai vahalisäystä muodostamaan styreenimonomeerin haihtumista estävä kalvo laminaatin pintaan. Ensimmäisissä versioissa lisäaineet toimivat irrotusaineiden tavoin aiheuttaen laminaatin delaminoitumista. Tämä ongelma on nyt voitettu. Haihtumista estävän kalvon muodostavien lisäaineiden käyttö toimii erinomaisesti ortopolyestereiden kanssa, huonommin useimpien isoftaalipolyestereiden kanssa, mutta on täysin tehoton vinyyliestereiden, bisfenolien ja disyklopentadieenien kyseessä ollen. Styreenimäärän alentaminen tavanomaisesta 38…45 p%:n pitoisuudesta alle 35 p%:n pitoisuuteen pienentää myös jonkin verran styreenihaihtumaa. Samalla kuitenkin hartsin viskositeetti nousee, mikä huonontaa näistä muoveista valmistettujen lujitemuovikappaleiden valmistus- ja työstöominaisuuksia. Käytännössä styreenimäärän on oltava vähintään n. 30 p% (täyte- ja lisäaineita sisältävissä gelcoateissa styreenipitoisuudet voivat olla alemmat). Tähän 30 p%:n määrään päästään jo disyklopentadieeni kertamuovilla, jonka yleislaatujenkin styreenipitoisuus on vain 35…40 p%. Verrattuna ortopolyestereihin DCPD-muovi tarvitsee vähemmän styreeniä saman viskositeetin saavuttamiseksi.

Styreenin korvaamista samalla tavoin toimivalla toisella reaktiivisella monomeerillä on tutkittu. Parametyylistyreenillä eli vinyylitolueenilla on pienempi höyrynpaine ja alempi haihtuvuus. Haittoina ovat kuitenkin styreeniä korkeampi hinta, vaikeampi saatavuus ja hyvin voimakas tuoksu. Metyylimetakrylaatti, jota myös on tutkittu vaihtoehtona, on kuitenkin styreeniä merkittävästi haihtuvampi. Lisäksi metyyliakrylaattia sisältäviä lujitemuovikappaleita voidaan työstää ainoastaan suljetuilla menetelmillä.   

Styreenihöyryt voivat aiheuttaa silmien ja hengitystiehyiden ärsytystä ja suurina pitoisuuksina uneliaisuutta, pahoinvointia, päänsärkyä, väsymystä, huimausta ja koordinointivaikeuksia. Nestemäinen styreeni ärsyttää silmiä, ihoa ja limakalvoja. Styreeni saattaa myös vaurioittaa keskushermostoa, maksaa ja munuaisia. Se imeytyy ihon ja ruoansulatuskanavien läpi. Nieltynä styreeniä saattaa sisäänhengitettäessä kulkeutua keuhkoihin, joista se nopeasti imeytyy elimistöön. HTP‑arvo styreenimonomeerille on 20 ppm/8 h (86 mg/m³/8 h) tai 100 ppm/15min (430 mg/m³/15 min). Styreenin hajukynnys on hyvin alhainen, n. 0,05 ppm. Tuoksu on voimakkaan imelä. Styreeniä ei ole osoitettu karsinogeeniseksi, mutta sitä on epäilty eräiden eläinkokeiden tulosten perusteella mahdollisesti syöpää aiheuttavaksi aineeksi (IARC Group 2B v. 1997; IARC = International Agency for Research on Cancer/WHO). Lisäksi styreeni aineenvaihdunnassa muuttuu styreenioksidiksi, jonka on eläinkokeissa todettu aiheuttavan solumuutoksia.

GPRMC Annual Meeting Brysselissä helmikuussa 2003 totesi, että styreenin riskikartoitus on saatettu päätökseen ja lopputuloksena on, että styreeni ei aiheuta haittaa ympäristölle. Styreenin käsittelyopas on uusinnan alla raaka-ainevalmistajien (CEFIC) kanssa. Ruotsin lujitemuoviteollisuus pyrkii palauttamaan styreenimonomerin HTP-arvon nykyisestä 10 ppm/8 h takaisin aikaisemmin sallittuun arvoon 20 ppm/8 h.

Styreeni kuuluu EU:ssa käsittelyn alla oleviin projekteihin. Pyrkimyksenä on kehittää teollisuudelle työkalut, joilla on mahdollista saada styreenihaihtuma nykyisen ja tulevan lainsäädännön edellyttämälle tasolle ja saattaa kaikissa EU maissa voimaan sama HTP-arvo styreenimonomeerille. Tämän kirjan kirjoittamisajankohtana v. 2003 EU maiden korkein sallittu HTP-arvo styreenimonomeerille vaihteli alueella 10…100 ppm/8 h.

Styreeniongelma on suurin valmistettaessa käsin- tai ruiskulaminoimalla suurikokoisia kappaleita avomuoteissa. Styreenihaihtuma on suurin ruiskulaminoinnissa. Haihtumaa voidaan pienentää käyttämällä sisäistä matalapainesekoitusta, jossa paineilma ei sekoitu hartsiin ja kovetteeseen, ihanteellista suuttimen tyyppiä ja kokoa ja alle metrin ruiskutusetäisyyttä. Käsinlaminoinnissa haihtuma on suurin telauksen aikana. Tarpeetonta telausta onkin vältettävä, minkä lisäksi telauksen tulee tapahtua rauhallisesti ja kontrolloidusti. Liiallista matriisimuovin käyttöä ja lammikoitumista on myös vältettävä. Matriisimuovin geeliytymisajan ja kappaleen vaatiman laminointiajan tulisi olla yhteensopivat. Parafiini- tai vahalisäys pintakerrokseen käytettävään matriisimuoviin pienentää styreenihaihtumaa. Myös lujitekuiturikas pintakerros vähentää haihtumaa.

Kuva 10.5 esittää polyestereiden styreenihaihtumaa eri työvaiheissa. Mittaukset on suoritettu ilmastointikanavasta IR-spektrometrillä.

Kuva 10.5 Polyesterihartsien styreenihaihtuma eri työvaiheissa.

Epoksit

Epoksihartseilla tarkoitetaan muoveja, jotka sisältävät vähintään kaksi glysidyyliryhmää. Epoksien määrä on erittäin suuri, sillä lähes kaikki bisfenolit ja monifunktionaaliset fenolit, glykolit ja polyolit voidaan epoksoida epoksihartseiksi. Useimmat epoksit valmistetaan epikloorihydriinistä sopivaa kemikaalia käyttäen. Reaktio epikloorihydriinin kanssa tuottaa glysidyyliryhmiä. Epoksihartseja kutsutaankin myös glysidyyliyhdisteiksi, kuten esimerkiksi glysidyylieettereiksi, glysidyyliestereiksi, glysidyyliamiineiksi ja epoksoiduiksi fenoli-novolakoiksi. Vaikka puhtaan bisfenoli-A tyyppisen epoksin pitäisi olla vapaa kloorista, saattaa hartsiin jäädä vähäinen kloorijäännös. Käytännössä klooripitoisuus voi olla 0…1 %. Nestemäiset ja kiinteät bisfenoli‑A tyyppiset epoksihartsit voivat siten sisältää vähäisen määrän jäännösepikloorihydriiniä, joka on luokiteltu mahdollisesti syöpää aiheuttavaksi aineeksi (Carc. Cat. 2). Epikloorihydriinin (106‑89‑8) HTP‑arvo on 0,5 ppm/8 h (1,9 mg/m³/8 h).

Lujitemuoviteollisuudessa käytettävät epoksihartsit ovat yleensä alhaisen viskositeetin omaavia, reaktiivisia liuotteita sisältäviä hartseja. Tyypillisesti lujitemuoviteollisuudessa käytettävät epoksit ovat silmiä ja ihoa ärsyttäviä. Ihokosketus voi aiheuttaa herkistymistä ja ihon tulehduksia. Epoksihartseja käytetään aina kovetteen ja mahdollisten muiden lisäaineiden kanssa. Yleisesti voidaan todeta, että kovetteet ja lisäaineet, kuten esim. liuotteet ja ohenteet ovat usein huomattavasti vaarallisempia terveydelle kuin puhdas epoksihartsi. Niinpä näitä sekä näitä aineita sisältäviä muoveja on käsiteltävä huomattavasti suuremmalla huolellisuudella kuin puhtaita epoksihartseja.

Bisfenoli‑A tyyppisillä epokseilla (DGEBA) (1675‑54‑3, 25036‑25‑3, 25068‑38‑6 ja 25098‑99‑8) on alhainen äkillinen myrkyllisyys ja ne ovat vain vähän tai keskinkertaisesti ärsyttäviä. Osa käyttäjistä saattaa herkistyä hartsille ja saada iho‑oireita. Herkistymisen kannalta hyvin ratkaisevaa on kuinka paljon hartsi sisältää oligomeeriä, jonka moolimassa on 340. Bisfenoli‑A tyyppisiä epoksihartseja ei ole luokiteltu syöpää aiheuttaviksi aineiksi.

Bisfenoli‑F epoksit (9003‑36‑5, 39817‑09‑9, 54208‑63‑8 ja 55492‑52‑9) aiheuttavat vähäistä ihon ja silmien ärsytystä. Myrkyllisyydeltään hartsit ovat bisfenoli‑A tyypin epoksien kaltaisia.

Useimmat sykloalifaattiset epoksit (2386‑87‑0 ja 30583‑72‑3) ovat ihoa ja limakalvoja ärsyttäviä. Näitä epokseja ei pidetä syöpää tai geenimuutoksia aiheuttavina.

Glysidyyliamiini-epoksit (28768-32-3) ovat ihoa ärsyttäviä ja niillä on alhainen äkillinen myrkyllisyys. Mutageenisyys testeissä on saatu sekä positiivisia että negatiivisia tuloksia.

Ryhmään muut glysidyylieetterit kuuluvissa epokseissa (2210‑79‑9, 2426‑08‑6, 3101‑60‑8, 17557‑23‑2 ja 26447‑14‑3) käytetään usein reaktiivisina ohenteina aineita, joiden takia hartseja käsiteltävä erityisellä varovaisuudella. Eräät ohenteista ärsyttävät voimakkaasti ihoa, silmiä ja limakalvoja ja aiheuttavat herkistymistä, joka ilmenee iho‑oireina. Muutkin ohenteet ovat vähintään keskinkertaisesti ihoa ja limakalvoja ärsyttäviä. Käytetyillä reaktiivisilla ohenteilla on alhainen moolimassa ja viskositeetti sekä suhteellisen pieni höyrynpaine. Haihtuminen on kuitenkin mahdollista varsinkin korkeammissa lämpötiloissa. Höyryjen hengittämistä on vältettävä. Ryhmään kuuluvan neopentyyliglykolin diglysidyylieetterin on todettu aiheuttavan koe‑eläiminä käytetyissä hiirissä ihosyöpää toistuvasti iholle siveltynä.

Epoksien kovetteet

Kovetteiden sekoittaminen epoksihartsiin on suoritettava ohjeiden mukaan ja henkilökohtaisia suojeluvälineitä käyttäen. Sekoittamista ei saa tehdä sellaisessa astiassa tai niin suurena annoksena, että syntyy vaara kontrolloimattomasta kovettumisreaktiosta, joka johtaa nopeaan lämpötilan nousuun, savunmuodostukseen ja jopa hartsi/koveteseoksen syttymiseen. Tällaisessa eksotermireaktiossa kehittyvä, tuoksultaan reaktiolle hyvin ominainen savu ja höyry voi olla myrkyllistä ja aiheuttaa silmien sekä nenän ja suun limakalvojen ärsytystä, pahoinvointia, huimausta ja päänsärkyä. Hallitsematon eksotermireaktio voi syntyä myös muiden kuin epoksihartsien kanssa. Se voi tapahtua myös laminoinnin tai prepregien käsittelyn yhteydessä.

Huoneenlämpötilassa (16…25 °C) kovetettu epoksimuovi saattaa sisältää pienen määrän reagoimatonta hartsia tai kovetetta jonkin aikaa varsinaisen kovettumisreaktion jälkeen. Reaktio on täydellinen viimeistään 16…24 vrk:n kuluttua. Mikäli kovettaminen suoritetaan korotetussa lämpötilassa tai huoneenlämmössä kovetettu tuote jälkikovetetaan korotetussa lämmössä, hartsi ja kovete reagoivat täydellisesti hyvin lyhyessä ajassa (edellyttäen, että hartsin ja kovetteen sekoitussuhde on aineen valmistajan ohjeen mukainen). Täysin kovettunut epoksimuovi on terveydelle vaaratonta.

Käsinlaminoinnissa sekä injektointi- ja muissa alipainemenetelmissä käytettävät epoksien kovetteet ovat yleensä amideja sisältäviä yhdisteitä, joiden komponentit on pyritty valitsemaan siten, että kovetteesta aiheutuvat terveydelliset haitat olisivat mahdollisimman vähäiset. Nämä kovetteet ovat tyypillisesti syövyttäviä ja ihoa sekä silmiä ärsyttäviä ja niille voi herkistyä ihokosketuksen kautta tai hengitysteitse.

Aromaattisilla amiinikovetteilla on vähäinen ihoa ja limakalvoja ärsyttävä vaikutus. Niiden on kuitenkin todettu vahingoittavan sisäelimiä, erityisesti maksaa, ja alentavan veren hapenkuljetuskykyä. Suun, ihon ja hengitysteiden kautta tapahtuvaa altistumista on vältettävä. Eräiden amiinien epäillään olevan karsinogeenisia (syöpää aiheuttavia).

4,4’‑Metyleenidianiliini (MDA) (101‑77‑9) saattaa vahingoittaa munuaisia, kilpirauhasta, pernaa, punasoluja ja silmien valoreseptoreita altistumisen tapahtuessa ihon, hengityselimien tai suun kautta. MDA voi aiheuttaa ihon herkistymistä. Se on myös mahdollisesti syöpää aiheuttava aine (NTP Group 2; IARC 2B), joskaan tästä ei ole vielä saatu todisteita. Kaikki amiininilla kovetettavat epoksihartsisysteemit eivät sisällä vapaata metyleenidianiliinia. Mikäli sitä on vapaana, sen määrä alenee prepregin valmistusprosessissa. Täysin kovettuneessa epoksimuovissa ei ole vapaata metyleenidianiliinia. MDA:n HTP‑arvo on 0,02 ppm/8 h (0,22 mg/m³/8 h).

4,4’‑Diaminodifenyylisulfoni (DDS, Dapsoni) (80‑08‑0) on rottakokeissa aiheuttanut kasvaimia mm. pernaan, maksaan, kilpirauhaseen ja vatsakalvolle, kun altistuminen on tapahtunut suun kautta tai ainetta on annosteltu vatsaonteloon. Ihmisille Dapsonia on käytetty suun kautta nautittavana lääkkeenä mm. spitaaliin ja tiettyihin ihotulehduksiin lähes 50 vuoden ajan. Päivittäinen annostus on ollut jopa 300 mg runsaan 10 vuoden aikana. Todisteita siitä, että aine aiheuttaisi ihmisille syöpää, ei vielä ole saatu. Suun kautta toistuvasti nautittuna Dapsoni aiheuttaa muutoksia verenkuvassa. Kerta-annoksena suun kautta nautittuna se aiheuttaa pahoinvointia, oksennusta ja muita yksittäisiä oireita.

Alifaattiset ja sykloalifaattiset amiinikovetteet (140‑31‑8 ja694‑83‑7) kuten dietyleenitriamiini (DETA) (111‑40‑0) ja  trietyleenitetra‑amiini (TETA) (112‑24‑3) ovat vahvoja emäksiä. Ne ovat voimakkaasti ihoa ja silmiä ärsyttäviä tai syövyttäviä ja eräät niistä voivat myös olla ihoa ja/tai hengityselimiä herkistäviä. Tietyt tämän ryhmän kovetteet saattavat aiheuttaa näkemishäiriöitä ilmassa leijuvan kemikaalin vaikuttaessa suoraan sarveiskalvoon.

Polyaminoamidikovetteet (68410‑23‑1) ovat lievästi ihoa ja silmiä ärsyttäviä, samoin  amidikovetteet (68082-29-1).

Kahden suuren happoanhydridien ryhmän aineita käytetään myös epoksien kovetteena. Useimmat näistä anhydrideistä ovat voimakkaasti silmiä ja ihoa ärsyttäviä. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat tetrahydroftaalihappoanhydridi (THPA) (85‑43‑8), heksahydroftaalihappoanhydridi (HHPA) (85‑42‑7) ja metyylitetrahydroftaalianhydridi (MTHPA) (26590‑20‑5). MTHPA:n HTP-arvo 0,025 ppm/8h (0,17 mg/m³/8 h). Näillä kaikilla on suuri höyrynpaine tavanomaisissa kovetuslämpötiloissa. Kovetteista haihtuvat höyryt ovat voimakkaasti silmiä, ihoa, limakalvoja ja hengityselimiä ärsyttäviä. Toisen ryhmän muodostavat tavallisesti pulvereina toimitettavat trimelliittihappoanhydridi (TMA) (552‑30‑7), jonka HTP-arvo on 0,005 ppm/8h (0,04 mg/m³/8 h, ja tetraftaalidianhydridi (TPDA) (89‑32‑7). Molemmat kovetteet voivat aiheuttaa ihon ja hengitysteiden herkistymistä. Yleisesti tämän ryhmän aineita tulee käsitellä vain hyvin ilmastoiduissa tiloissa.

Poly- ja vinyyliestereiden kovetteet

Sekä poly‑ että vinyyliestereitä kovetetaan orgaanisilla peroksideilla, jotka lähes kaikki ovat puhtaana herkästi räjähtäviä. Yleisimmät peroksidikovetteet ovat metyylietyyliketoniperoksidi (MEKP) (78‑93‑3), jonka HTP-arvo on 100 ppm/15 min (300 mg/m³/15 min), asetyyliasetoniperoksidi (AAP) (123‑54‑6), sykloheksanoniperoksidi (CHP) (108‑94‑1), bentsoyyliperoksidi (BPO) (94‑36‑0), jonka HTP-arvo on 5 mg/m³/8 h (10 mg/m³/15 min), kumeenihydroperoksidi (KHP) (80‑15‑9) ja dikumenyyliperoksidi (DKP) (80‑43‑3).

Useat orgaaniset peroksidit ovat syövyttäviä. Erityisesti on varottava aineen joutumista silmiin, sillä seurauksena voi olla sarveiskalvosamentumia ja sokeutuminen. Tyypillisesti poly- ja vinyyliestereiden kovetteet ovat joko ihoa, silmiä ja limakalvoja ärsyttäviä tai terveydelle haitallisia hengitettynä, joutuessaan iholle ja nieltynä. Eräiden kovetteiden höyryt voivat aiheuttaa uneliaisuutta ja huimausta. Ne saattavat olla myös herkistäviä. Pitkäaikainen altistus voi aiheuttaa vakavaa haittaa terveydelle hengitettynä ja joutuessaan iholle. Kumeenihydroperoksidi on myrkyllistä hengitettynä.

Polyestereiden kiihdytteet

Kiihdytteet ovat joko metalliyhdisteitä tai orgaanisia amiineja. Metalliyhdisteistä yleisimpiä ovat kobolttioktoaatti ja ‑naftenaatti joko pehmitteeseen tai styreeniin liuotettuna. Orgaanisista amiineista tavallisimmat ovat N,N‑dimetyylianiliini (DMA) (121‑69‑7), N,N‑dietyylianiliini (DEA) (91‑66‑7) ja dimetyyli‑p‑toluidiini (DMpT) (609‑72‑3).

Orgaaniset amiinit ovat myrkyllisiä hengitettynä, joutuessaan iholle ja nieltynä. Äkillinen altistus ilmenee huimauksena, päänsärkynä ja huonovointisuutena. Pitkäaikainen altistus aiheuttaa herkistymistä ja hermosto‑ sekä mahdollisesti elinvaurioita. DMA:n epäillään aiheuttavan syöpäsairauden vaaraa (Carc.Cat 3). Sen HTP-arvot ovat 5 ppm/8 h (25 mg/m3/8 h) ja 10 ppm/15 min (50 mg/m3/15 min).

Sekä kiihdytteitä että kovetteita käsiteltäessä ja poly- ja vinyyliestereihin sekoitettaessa on ehdottomasti aina käytettävä henkilökohtaisia suojeluvälineitä (suojakäsineet, silmien ja hengityksen suojaimet).

Polyuretaanit

Polyuretaanien raaka-aineina käytettävien isosyanaattien useimmat kaupalliset laadut ovat myrkyllisiä hengitettynä. Ne ovat myös ihoa, silmien limakalvoja ja hengitystiehyitä voimakkaasti ärsyttäviä ja herkistäviä. Eräiden isosyanaattien epäillään aiheuttavan syöpäsairauden vaaraa (IARC Group 2B). Altistuminen tapahtuu joko ihon tai hengityselimien kautta. Hengityselimien herkistyminen voi aiheuttaa vakavia, astmatyyppisiä reaktioita. Nestemäinen isosyanaatti syövyttää ihoa ja saattaa silmiin joutuessaan aiheuttaa pysyviä vaurioita. Isosyanaattien HTP‑arvo on 0.035 mg/m³/15 min (NCO:na). Näitä kemikaaleja on käsiteltävä erityisellä huolellisuudella hyvin ilmastoidussa tilassa. Tämä on erityisen tärkeää isosyanaatin höyrynpaineen ollessa suuri. Yleisimmät isosyanaatit ovat tolueenidi‑isosyanaatti (TDI) (584‑84‑9) ja heksametyleeni-1,6-di-isosyanaatti (HDI) (822-06-0). Difenyylimetaanidi-isosyanaatti, isomeerit ja homologit, n=0-4 (9016-87-9) ovat terveydelle haitallisia hengitettynä ja silmiä, ihoa sekä hengityselimiä ärsyttäviä. Henkilöiden, joilla on taipumusta astmaan tai krooniseen keuhkoputkentulehdukseen on vältettävä työskentelyä isosyanaattien kanssa. 

Polyuretaanien valmistuksessa isosyanaattien silloitukseen käytetään polyoleja. Polyeetteri‑ ja polyesteripolyolien ei katsota aiheuttavan erityistä terveydellistä vaaraa teollisessa käytössä. Joissakin polyoleissa saattaa olla jonkin verran reagoimatonta eteenioksidia (75‑21‑8), joka on myrkyllistä hengitettynä ja ärsyttää ihoa, silmiä ja hengityselimiä.

Fenoli- ja aminohartsit

Fenoliformaldehydien ryhmään kuuluvien hartsien (9003-35-4 ja 37337-65-8) myrkyllisyys ja terveydellinen vaara on suhteellisen pieni. Ne saattavat sisältää pieniä määriä vapaata formaldehydiä (50‑00‑0) ja fenolia (108‑95‑2), jotka molemmat ovat myrkyllisiä aineita. Altistuminen fenolille tapahtuu ihon kautta, mistä syystä kovettamatonta hartsia ei saa joutua iholle. Kovettumisreaktion aikana saattaa vapautua pieniä määriä formaldehydi‑ ja fenolihöyryjä. HTP‑arvo formaldehydille on 0,3 ppm/8 h (0,37 mg/m³/8 h) ja hetkellinen arvo 1 ppm (1,2 mg/m³). Formaldehydi on myrkyllistä hengitettynä, joutuessaan iholle ja nieltynä. Se on myös syövyttävää ja herkistävää. Herkistyminen ilmenee iho‑oireina. Myös keuhkojen toiminnan heikentymistä on todettu. Altistuminen tapahtuu ihon tai hengitystien kautta. Formaldehydin epäillään aiheuttavan syöpäsairauden vaaraa (Carc.Cat 3). Fenolille HTP-arvot ovat vastaavasti 2 ppm/8 h (8 mg/m³/8 h) ja 5 ppm/15 min (20 mg/m³/15 min). Myös fenoli on syövyttävää sekä myrkyllistä joutuessaan iholle ja nieltynä.

Urea-formaldehydi- ja melamiini-formaldehydihartsit ovat myrkyllisyydeltään hyvin samanlaisia kuin fenoliformaldehydihartsit. Ne saattavat sisältää pieniä määriä vapaata formaldehydiä, joka vapautuu kovettumisreaktion aikana.

Bismaleimidit

Bismaleimidien (BMI) ja muiden polyimidien myrkyllisyydestä ja mahdollisista terveydellisistä vaaroista ei toistaiseksi ole riittävästi tutkimustuloksia olemassa. Höyry ja pöly ärsyttävät ihoa, silmiä ja nielua ja pitkäaikainen altistus voi johtaa ihon herkistymiseen.

Kestomuovit

Kestomuoveja pidetään yleisesti terveydelle vaarattomina aineina. Ne ovat nieltyinäkin osoittautuneet vaarattomiksi eikä pitkäaikaisenkaan altistuksen ole todettu aiheuttavan iho‑oireita tai ihon herkistymistä. Edellytyksenä on, että muovi ei sisällä reagoimattomia monomeerejä. Muovattaessa kestomuoveista kuitenkin vapautuu höyryä, joka ärsyttää silmiä ja nenän sivuonteloita aiheuttaen vilustumisen tunteen. Sula kestomuovi iholle joutuessaan tarttuu siihen kiinni ja aiheuttaa pahoja palovammoja. Ihon kohdat, joihin kestomuoviroiskeita osuu, on heti jäähdytettävä kylmällä vedellä. Tämän jälkeen on mentävä lääkärinhoitoon. Ihoon tarttunutta kestomuovia ei saa itse poistaa. Seurauksena voi olla vakavia kudosvaurioita.

Vaikka kestomuoveja pidetään yleisesti terveydelle vaarattomina, on esitetty epäilyjä styreeniryhmiä sisältävien kestomuovien (ABS, SAN ja polystyreeni) mahdollisista haitallisista vaikutuksista terveyteen. Tietyt kestomuovit hajoavat lämmön vaikutuksesta ja hajoamistuotteet saattavat olla terveydelle haitallisia. Vaikutukset kohdistuvat mahdollisesti keskushermostoon, maksaan ja munuaisiin.

10.5.3   Lujitteet ja hiontapöly

Muovien lujitteina käytettävät yleisimmät kuidut ovat tämän hetkisen tietämyksen mukaan terveydelle vaarattomia ja niistä aiheutuu lähinnä vain kuitupölystä johtuvia hengitystievaikutuksia ja mekaanista iho-, silmä- ja nieluärsytystä käsittelyn ja prosessoinnin aikana. Sen sijaan kuitujen pinnoite- ja pintakäsittelyaineet saattavat aiheuttaa iho oireita ja herkistymistä. Asbestikuidut ja asbestia sisältävät täyteaineet muodostavat poikkeuksen. Niiden käsittelylle on tiukat turvallisuusmääräykset. Myös eräiden keraamisten kuitujen epäillään aiheuttavan syöpäsairauden vaaraa. Näitä ovat mm. aluminiumsilikaattikuidut ja tulenkestävät keraamiset kuidut. Sen sijaan alumiinioksidi- ja sirkonium/piioksidikuituja ei epäillä karsinogeenisiksi.

Lujitekuidut ja useimmat täyteaineet ovat partikkelikooltaan yli 5 μm eivätkä siten pääse kulkeutumaan keuhkorakkuloihin. Niitä sisältävien tuotteiden mekaanisessa käsittelyssä, esimerkiksi hionnassa voi kuitenkin syntyä partikkelikooltaan pienempää pölyä, jonka hengittämistä on ehdottomasti vältettävä. Yleiset HTP‑arvot orgaaniselle pölylle ovat 5 mg/m³/8 h (10 mg/m³/15 min) ja epäorgaaniselle pölylle 10 mg/m³/8 h.

Lujitemuoviteollisuuden käyttämät lujitekuidut ja täyteaineet eivät yleensä reagoi muovien, hartsien, kovetteiden tai muiden valmistuksessa käytettävien aineiden kanssa.

Aramidikuidut

Aramidikuidut eivät ole herkistäviä ja ne ovat vain vähäisessä määrin ihoa ärsyttäviä. Herkistymistä kuiduille ei ole todettu. Kuiduille on ominaista kuoriutuminen eli kuidun pinnan irtoaminen hankauksen vaikutuksesta. Näin saattaa syntyä halkaisijaltaan hyvin pieniä kuituja, jotka hengitettäessä voivat kulkeutua syvälle hengitystiehyisiin. Kuituja ei epäillä karsinogeenisiksi. Kuidun valmistajat ovat suositelleet korkeimmaksi aramidikuitupölyn määräksi työtiloissa 5 kuitua/cm³/8 h. Erilaisilla työpaikoilla ja eri työvaiheissa suoritetuissa mittauksissa ei aramidikuitupölyn ole todettu missään ylittäneen arvoa 0,3 kuitua/cm³/8 h.

Rotilla suoritetuissa kokeissa, joissa altistumismäärät aramidikuitupölylle olivat hyvin korkeat (100 kuitua/cm³ kahden vuoden ajan sekä 400 kuitua/cm³ vuoden ja yhden toipumisvuoden ajan), todettiin eläinten keuhkoissa vähäistä kiinteän sidekudoksen muodostumista ja joitakin hyvälaatuisia kasvaimia. Kokeissa käytetty aramidikuitu oli erittäin hienojakoista, ei‑kaupallista laatua.

Hiilikuidut

Hiilikuitupöly ärsyttää mekaanisesti ihoa. Tämän seurauksena saattaa esiintyä ihottumaa, ihotulehduksia ja ihon kuivumista. Kuidut saattavat ärsyttää myös nenän ja nielun limakalvoja. Kuidut sellaisenaan eivät ole herkistäviä. Hiilikuidut ovat yleensä epoksipinnoitteella käsiteltyjä ja pinnoiteaine saattaa aiheuttaa ärsytystä ja herkistymistä. PAN‑pohjaisten hiilikuitujen ei ole todettu olevan karsinogeenisia tai muulla tavalla terveydelle vaarallisia. Hiilikuidut ovat halkaisijaltaan yli 5 μm, tavallisesti 6…8 μm. Kuidut eivät pilkkoonnu pienemmiksi osasiksi edes mekaanisissa käsittelyissä. Vahvistettuja raja-arvoja ei hiilikuiduille ole, mutta Yhdysvalloissa synteettiselle hiilikuitupölylle annettu HTP‑arvo on 5 mg/m³/8 h. Eräät hiilikuitujen valmistajat ja käyttäjät noudattavat omissa tuotantolaitoksissaan hiilikuidun sallittuna raja‑arvona 3…5 kuitua/cm³/8 h ja hiontapölylle 2 mg/m³/8 h. Hiilikuidut ja hiilikuitupöly johtavat sähköä ja voivat aiheuttaa oikosulkuja sähkö‑ ja elektroniikkalaitteissa.

Lasikuidut

Lujitemuoviteollisuuden käyttämän lasikuidun halkaisija on yleensä aina yli 6 μm. Mekaanisissakaan käsittelyissä kuidut eivät pilkkoonnu halkaisijamittaansa pienemmiksi osasiksi. HTP‑arvo lasikuitupölylle on 10 mg/m³/8 h. Yhdysvalloissa on esitetty sallituksi rajaksi 3 kuitua/cm³/8 h. Lasikuitu saattaa aiheuttaa mekaanisen vaikutuksen kautta ihon, silmien ja nenän sekä nielun limakalvojen ärsytystä. Kuidun pinnoiteaine saattaa joissain tapauksissa aiheuttaa ärsytystä ja ihon herkistymistä. Lujitemuoviteollisuuden käyttämien lasikuitujen ei ole todettu olevan karsinogeenisia.

Puupöly

Kuituja ja usein myös täyte- ja lisäaineita sisältävien lujitemuovituotteiden työstössä ja erityisesti hionnassa syntyvän pölyn aiheuttama silmien, hengityselimien ja ihon ärsytys ja muut pölyyn liittyvät oireet tunnetaan sangen hyvin ja niiltä osataan suojautua. Keuhkoihin hengitettäessä joutunut alikovettuneen muovituotteen hiontapöly tiedetään erityisen vaaralliseksi. Kuitenkin myös puupöly aiheuttaa samoja oireita; silmien ja nenän ärsytystä, liman eritystä, yskää, hengenahdistusta ja keuhkoärsytystä. Hengitystieoireita puupölystä voi esiintyä jo 1 mg/m³ ja tätä pienemmilläkin työilman pitoisuuksilla. Jatkuvasti puun kanssa työskentelevillä on todettu astmaa liittyen erityisesti kovien puulajien pölyyn, mutta altistumiseen kotimaisten puulajien kuten männyn pölylle on myös todettu liittyvän astmaoireita. Edellä mainittujen oireiden lisäksi on kansainvälisissä tutkimuksissa havaittu puupölyn aiheuttavan nenän ja nenän sivuonteloiden syöpää. Näyttö kovapuupölyn, erityisesti tammesta ja pyökistä lähtöisin olevan pölyn karsinogeenisuudesta on riittävä. Se liittyy pitkäaikaiseen, säännölliseen altistumiseen hiukkaskooltaan suhteellisen pienelle, hionnassa ja koneellisessa työstössä syntyvälle pölylle. Yleisesti kovapuupölyllä tarkoitetaan lehtipuuperäistä pölyä.

Huhtikuussa 2003 on astunut voimaan asetus 716/2000, joka luokittelee EU-direktiiviin (1999/38/EY) nojautuen kovapuulajeista, erityisesti tammesta ja pyökistä syntyvät pölyt syöpävaarallisiksi määräten sitovasti kovapuupölyn suurimmaksi sallituksi työilman pitoisuudeksi, HTP-arvoksi 5 mg/m³/8 h. Lisäksi asetuksen liitteessä mainitaan, että jos kovapuupölyä on sekoittunut muihin puupölyihin, raja-arvoa sovelletaan kaikkiin seoksessa oleviin pölyihin ja, että määräys koskee puupölyn hengittyvää osuutta.

10.5.4   Liuotteet

Lujitemuoviteollisuudessa käytetään runsaasti liuotteita eri työ‑ ja valmistusvaiheissa. Useimmat orgaaniset liuotteet poistavat ihosta sitä suojaavan rasvan, kuivaavat ihoa ja aiheuttavat jonkin asteista ärsytysihottumaa. Jotkut liuotteista imeytyvät ihon läpi. Absorptio on voimakkaampaa ihon ollessa hankaantunut tai ärsyyntynyt. Liuotteet kykenevät myös kuljettamaan mukanaan muita, itseään mahdollisesti huomattavasti vaarallisempia aineita.

Liuotehöyryt voivat ärsyttää silmiä sekä nenän ja nielun limakalvoja. Hengitettäessä höyryt ärsyttävät hengitystiehyitä ja saattavat aiheuttaa nesteen kerääntymistä keuhkoihin. Monet liuotteet aiheuttavat päänsärkyä, huimausta, tasapainohäiriöitä, uneliaisuutta ja tajuttomuuden. Vakava altistuminen voi johtaa kuolemaan.

Ketoniliuotteet

Yleisimmin käytetyt ketoniliuotteet ovat asetoni (67‑64‑1), metyylietyyliketoni (MEK) (78‑93‑3) ja metyyli‑isobutyyliketoni (MIBK) (108‑10‑1). Useimmat ketonit ovat helposti syttyviä, palavia nesteitä, joihin liittyy palo- ja räjähdysvaara. Toistuva altistus aiheuttaa ihon kuivumista, halkeilua ja ihotulehduksia. Metyyli-isobutyyliketoni ärsyttää silmiä ja hengityselimiä ja on terveydelle haitallista hengitettynä. Metyylietyyliketoni ja asetoni ärsyttävät silmiä. Hengitettyinä ne saattavat aiheuttaa päänsärkyä, huimausta ja tasapainohäiriöitä. Suurempina pitoisuuksina niiden vaikutus on huumaava. HTP‑arvo asetonille on 500 ppm (1200 mg/m³) 8 h, metyylietyyliketonille 100 ppm/15 min (300 mg/m³/15 min) ja metyyli‑isobutyyliketonille 20 ppm/8 h (80 mg/m³/8 h).

Klooratut liuotteet

Klooratut liuotteet ovat yleensä terveydelle haitallisia hengitettynä. Orgaanisille liuotteille tyypillisten keskushermostohäiriöiden lisäksi halogenoidut hiilivetyliuotteet saattavat aiheuttaa sydänlihaksen herkistymistä. Pitkäaikainen altistus saattaa aiheuttaa maksa‑ ja munuaisvaurioita. Kloorattuja liuotteita ovat mm. metyleenikloridi (75‑09‑2) ja  1,1,1‑trikloorietaani (metyylikloroformi) (71‑55‑6). Metyleenikloridin epäillään aiheuttavan syöpäsairauden vaaraa (Carc.Cat 3). HTP‑arvo metyleenikloridille on 100 ppm/8 h (350 mg/m³/8 h) ja 1,1,1‑trikloorietaanille 100 ppm/8 h (550 mg/m³/8 h).

10.5.5   Henkilökohtaiset suojeluvälineet ja hygienia

Lujitemuovituotteiden valmistuksessa on työvaiheita, joissa on käytettävä henkilökohtaisia suojeluvälineitä. Käytännössä kysymykseen tulevat lähinnä ihon, silmien ja hengityksen suojaimien käyttö lujitteita ja kemikaaleja käsiteltäessä, niillä työskenneltäessä ja valmistettavia kappaleita työstettäessä, hiottaessa ja viimeisteltäessä.

Työssä käytettävät suojahaalarit suojaavat suurinta osaa kehoa. Suojahaalareiden päällä voidaan tarvittaessa käyttää muovista esiliinaa tai kertakäyttöhaalaria. Hartsista, kovetteesta tai muista kemikaaleista tahriintuneet työvaatteet on vaihdettava välittömästi puhtaisiin ja tahriintuneet vaatteet pestävä ennen uudelleen käyttöä.

Kädet suojataan kemikaaleja läpäisemättömillä suojakäsineillä. Niiden alla voidaan käyttää ohuita puuvillakäsineitä vähentämään suojakäsineistä mahdollisesti aiheutuvaa ihoärsytystä ja lieventämään hikoilun aiheuttamia haittoja. Suojakäsineet valitaan käsiteltävien kemikaalien mukaan. Käsinettä, joka antaisi tyydyttävän suojan kaikkia lujitemuovialalla käytettäviä kemikaaleja vastaan, ei ole olemassa. Monipuolisimmin suojaavat lateksi‑neopreenista, NBR-kumista ja nitriilikumista valmistetut suojakäsineet. NBR-kumisia käsineitä ei suositella liuotteille eikä nitriilikumisia käsineitä ketoniliuotteille ja lakkaohenteille. Viilloilta, hankaukselta ja kuumuudelta suojaavat mm. aramidikuidusta tai nahasta valmistetut suojakäsineet. Ihoa ja käsivarsia voidaan suojata myös ihovoiteilla. Tavalliset ihovoiteet eivät estä altistusta, mutta pitävät ihon kosteana ja helpottavat sen puhdistusta. Näiden yhteydessä on käytettävä myös suojakäsineitä. Suojavoiteita (barrier cream) voidaan käyttää myös yksinään, mutta niiden suojausteho ei monestakaan syystä johtuen ole tällöin kovin hyvä.

Silmät suojataan suojalaseilla tai kasvon suojaimilla. Kontaktilinssejä ei suositella käytettäväksi lujitemuovityössä, sillä joistakin liuotteista ja kemikaaleista haihtuva höyry saattaa turmella ne. On myös mahdollista, että pehmeät linssit absorboivat kemikaalihöyryjä ja aiheuttavat näin terveydellistä vaaraa silmille.

Hengityssuojaimilla estetään haitallisen pölyn ja höyryn pääseminen hengityselimiin. Suojaimia on useita eri tyyppejä yksinkertaisista pölysuojaimista paineilma‑ tai raitisilmanaamareihin tai ‑huppuihin saakka. Mikäli roiskeista on vaaraa, käytetään hengityksen suojainta, jossa on myös kasvon suojain. Lyhytaikaiseen ja tilapäiseen käyttöön soveltuu parhaiten suodatinsuojain. Suodattimen käyttöikä on rajoitettu ja se on vaihdettava tarpeen vaatiessa ja välittömästi, mikäli suodattimen läpi tulee hajuja. Toimiakseen halutulla tavalla on hengityssuojaimen oltava tiivis ja kasvoille sopiva. Hengityssuojaimia on aina käytettävä lujitemuovisia kappaleita hiottaessa tai työstettäessä. Tämä on erityisen tärkeää, kun kappale ei ole täydellisesti kovettunut.

Työjalkineiden on suojattava jalkoja sekä kemikaaleilta että putoavilta esineiltä. Niiden on oltava tukevat ja miellyttävät pitää eivätkä niiden pohjat saa olla liukkaat.

Henkilökohtaiseen hygieniaan kuuluu työvaatteista ja henkilökohtaisista suojaimista huolehtiminen. Vaatteiden ja suojainten on oltava ehjät, puhtaat ja tarkoituksenmukaiset. Työvaatteiden tulee materiaaliltaan olla sellaisia, ettei staattisia sähkövarauksia synny. Käsissä ei ole syytä pitää sormuksia tai muita likaa ja epäpuhtauksia kerääviä esineitä. Sama sääntö koskee kasvoissa tai korvissa olevia koruja. Kädet, kasvot ja muut paljaat ihonosat pestään työvuoron päättyessä ja käsiin hierotaan ihovoidetta kuivumisen estämiseksi. Kädet pestään aina ennen ruokailua, tupakointia tai käyntiä WC:ssä.

Hartsi‑ ja koveteroiskeet sekä muut kemikaalit pyyhitään iholta välittömästi pehmeällä paperilla tai puhdistusvoiteella, minkä jälkeen tahriintunut alue ihosta pestään huolellisesti saippuavedellä. Mikäli roiskeita on joutunut silmiin, silmät huuhdellaan välittömästi runsaalla määrällä vettä vähintään 15 minuutin ajan. Sekä paperipyyhkeiden että silmänhuuhtelulaitteiden on oltava työpisteen välittömässä läheisyydessä. Liuotteita ei tule käyttää ihon puhdistukseen. Mikäli asetonia joudutaan käyttämään tilapäisesti tähän tarkoitukseen, on puhdistuksen jälkeen iho pestävä huolellisesti saippuavedellä ja rasvattava tämän jälkeen ihovoiteella.

10.5.6   Torjuntakeinot työpaikalla

Työpaikalla on oltava ennalta laaditut, yksinkertaiset ohjeet hätätilojen ja onnettomuuksien varalta. Ohjeiden on oltava kaikkien työntekijöiden ja toimihenkilöiden tiedossa. Jokaisen työkohteen ja työvaiheen potentiaalinen vaara on oltava kartoitettuna ja toimenpideohjeet laadittuna kaikkia mahdollisia tilanteita varten. Jo tällaisen analyysin suorittaminen saattaa johtaa työturvallisuutta parantaviin muutoksiin työkohteessa tai työmenetelmissä. Vähimmäisvaatimuksena on, että ohjeet ovat valmiina ainakin tulipalon ja räjähdysonnettomuuden varalta, eksotermireaktion varalta ja tapaturmien varalta.

Työmenetelmät

Työmenetelmät on suunniteltava sellaisiksi, että roiskeiden muodostumista ja työpaikan ja työympäristön likaantumista ei tapahdu ja hyvän järjestyksen ja siisteyden ylläpito on vaivatonta. Työnopastukseen tulee sisältyä myös opastusta siitä, kuinka terveydellisiä vaaroja on mahdollista torjua noudattamalla oikeita työmenetelmiä ja työtapoja ja käyttämällä asianmukaisia työvälineitä. Työntekijöillä on oltava tieto kaikkien työssä käytettävien aineiden terveydelle vaarallisista ominaisuuksista ja aineiden oikeista käsittelytavoista. Työssä käytettävien laitteiden ja välineiden tulee olla myös työturvallisuuden kannalta tarkoituksenmukaisia. Työvälineiden puhdistus ja huolto on voitava suorittaa hyvin ilmastoidussa tilassa.

Työtila ja työn kulku

Työtilojen, jossa terveydelle haitallisia aineita käsitellään, tulisi olla eristettyjä tai muulla tavalla muista tuotantotiloista rajattuja. Näihin tiloihin tai työpisteisiin tulee asiaankuulumattomilta olla pääsy kielletty. Tilaa työskentelyyn on oltava riittävästi, jotta työturvallisuus ei ahtauden tai muuten hankalien olosuhteiden vuoksi vaarannu. Työtilan helppo puhdistettavuus on tärkeää. Tätä auttavat kertakäyttöpahvit ja ‑paperit, joita voidaan käyttää lattioiden ja työpöytien suojana. Jäteastioiden tulee olla kannellisia ja riittävän tilavia. Työpaikkajärjestelyillä on huolehdittava myös siitä, että kemikaaliroiskeita, jätteitä tai pölyä ei kulkeudu muihin tuotantotiloihin tai työntekijöiden pukeutumis‑ ja taukotiloihin. Työtilassa on oltava silmienhuuhtelulaite ja riittävästi pehmeää ja imukykyistä paperia kemikaaliroiskeiden välittömään poistoon iholta. Hätätapauksia varten työpaikalla on oltava suihku tai muu mahdollisuus kokovartalopesuun.

Työn kulku ja tuotanto on järjestettävä siten, että pitoisuushuippuja ei ajallisesti tai paikallisesti pääse syntymään. Ilmavirtausten on työtiloissa kuljettava puhtaammilta alueilta saastuneimmille alueille ja työntekijästä työkohteeseen päin. Erityisesti kertamuoveilla työskenneltäessä tulisi valmiiden kappaleiden viimeistely ja koneistus suorittaa varsinaisista tuotteen valmistus‑ tai kovettumistiloista erillään. Mikäli työ suoritetaan samoissa tiloissa, on tuotanto järjestettävä siten, että viimeistelyä ei tehdä samanaikaisesti valmistuksen tai kovettumisen kanssa. Hionta‑ ja koneistuspöly saattaa kovettumisreaktion vaiheesta riippuen olla terveydelle erittäin vaarallista ja sen takia on työssä aina käytettävä henkilökohtaisia suojeluvälineitä ja kohdeimua sekä huolehdittava omasta ja työpisteen siisteydestä.

Ilmanvaihto

Työtilassa, jossa lujitemuovituotteita valmistetaan, on oltava yleisilmanvaihto. Yksi parhaista on ns. diffuusituloilma eli puhtaan tuloilman johtaminen tuotantotilaan laajan, rei’itetyn pinnan kautta vaihtoehtoisesti joko katon tai kokonaisen seinän alueelta. Ilma pidetään liikkeessä apusuihkuilla. Pääajatuksena on, että tietystä suunnasta tuleva, työtilan läpi tasaisesti kulkeva raitis ilma kohtaa epäpuhtauslähteen ja poistuu saastuneena tuotantotilan vastakkaisesta päästä. Kuva 10.6 esittää liikuteltavaa ilmanlähdettä tuloilman johtamiseksi tuotantotilaan. Tämä on tehokas tapa tuoda puhdasta ilmaa tuotantotilaan, jossa työskennellään styreeniä sisältävien kertamuovien kanssa.

Kuva 10.6 Puhtaan tuloilman johtaminen tuotantotilaan liikuteltavaa ilmanlähdettä käyttäen.

 

Työntekijän takaa suuntautuvan ilmavirtauksen, jonka nopeus on 0,5…1 m/s, on todettu Pohjoismaisissa kokeissa tehokkaasti pienentävän altistumista. Pistemäiset raittiin ilman puhallukset tai siipituulettimet aiheuttavat vain pyörteistä virtausta työtiloissa, jonka seurauksena kemikaalihöyryjä saattaa kulkeutua tiloihin, joissa niitä ei muutoin olisi. Ilmastoinnin yhteyteen tarvitaan myös ilman puhdistuslaitteet ja Suomen olosuhteissa välttämätön lämmönvaihdinjärjestelmä.

Eristetyn työtilan paikallisilmanvaihto on järjestettävä siten, että raitis ilma tulee työntekijän takaa, kulkee työalueen yli ja poistuu sen jälkeen työtilasta.

Suurienkin tuotteiden valmistuksessa tarvitaan paikallisia puhaltimia tai kohdeimua. Imu on tehokas vain hyvin lyhyeltä matkalta (alle 50 cm). Puhalluksella saavutettava teho on moninkertainen. Suunnattua puhallusta tulisi harkita, jos kohdeimun sijoittaminen aivan epäpuhtauden lähteen lähelle tuottaa vaikeuksia. On tärkeää, että märkään, kovettumattomaan laminaattiin ei kohdistu suoraa puhallusta. Sillä vain lisätään haihtumaa eikä tuote kovetu pinnalta. Puhalluksen tarkoituksena on ilman ohjaaminen.

Pienten kappaleiden valmistuksessa voidaan käyttää vetokaappeja tai ‑pöytiä. Työpöydät voidaan varustaa rako‑ tai kohdeimulla ja suunnatulla puhalluksella.

Varastointi

Kaikki kemikaalit on säilytettävä asianmukaisissa astioissa, jotka on merkitty lainsäädännön mukaisin varoitusmerkinnöin. Rikkoontuneista ja vuotavista astioista on aine siirrettävä välittömästi ehjään astiaan. Astiat on pidettävä suljettuina ja järjestettyinä varastoon siten, etteivät keskenään haitallisesti reagoivat aineet pääse mahdollisen vuodon seurauksena toistensa kanssa yhteyteen.

Yleensä lujitemuoviteollisuudessa käytettävät kemikaalit on varastoitava hyvin ilmastoituun, viileään ja auringonvalolta suojattuun varastoon, jossa ei ole kipinä‑ tai muita sytytyslähteitä. Varastossa on oltava kemikaaleja absorboivaa ainetta sekä paperia roiskeiden ja valumien poistoon, sammutusvälineet ja henkilökohtaiset suojeluvälineet.

Annosteltaessa ja sekoitettaessa on muistettava, että useat kemikaalit, erityisesti liuotteet ja haihtuvia liuotteita sisältävät aineet ovat herkästi syttyviä, eräät jopa erittäin syttyviä. Näihin liittyy aina palo‑ ja räjähdysvaara.

Laadunhallinnalla tarkoitetaan kaikkia niitä koordinoituja toimenpiteitä, joilla organisaatiota suunnataan ja ohjataan laatuun liittyvissä asioissa [1]. Laadunhallinnan oleelliset elementit ovat (1) laadun suunnittelu, (2) laadunohjaus, (3) laadunvarmistus ja (4) laadun parantaminen. Laadunhallintaa voidaan toteuttaa eri lähtökohdista. Teollisuudessa lähtökohtana ovat useimmiten ISO-standardit, jotka määrittelevät järjestelmien perusteet ja vaatimukset sekä antavat suuntaviivat laadunhallintajärjestelmän toteutukselle. [1-3]

Laadunhallintajärjestelmän tulee kattaa organisaation koko toiminta. Tässä yhteydessä tarkastellaan vain yhtä osa-aluetta eli komposiittirakenteiden tuotannon laadunhallintaa. Siihen sisältyvät oleellisina osina (1) materiaalien, (2) valmistusprosessien ja (3) lopputuotteen laadunhallinta.

10.4.1 Yleisperiaatteet

Kaikkien tuotteiden laadunhallintaa ei kannata toteuttaa samalla tavoin. Tuotannon laadunhallinta pohjautuukin tuotteen vaativuuteen. Tavallisesti tuotteet jaetaan vaativuusasteen mukaan kolmeen luokkaan, jotka voidaan yleisesti nimetä korkeaksi, normaaliksi ja matalaksi vaativuusluokaksi. Luokat määritellään usein myös roomalaisin numeroin (I, II ja III) tai arabialaisin numeroin (1, 2 ja 3). Seuraavassa luokkien tunnisteena käytetään roomalaisia numeroita.

Tuotteen vaativuusluokka määritellään usein sen vaurioitumisen seuraamusten perusteella. Tähän pohjautuva, yleisesti käytössä oleva luokitus on esitetty taulukossa 10.1. Tyypillinen esimerkki luokan I tuotteesta on lentokoneen päärakenne, esimerkiksi siipirakenne. Luokan II tuote voi olla esimerkiksi veneen runko. Luokkaan III sisältyvät mm. erilaiset muotosuojat ja ei-haitallisten materiaalien säilytysastiat. Laadunhallintaan voivat vaikuttaa myös muut tekijät. Esimerkiksi suuren kappaleen valmistuksen epäonnistuminen voi aiheuttaa suuria taloudellisia tappioita, jolloin tuote kannattaa tarvittaessa sijoittaa taulukon 10.1 luokitusta korkeampaan luokkaan.

Taulukko 10.1 Tuotteiden vaativuusluokittelu vaurioitumisen seuraamusten perusteella.

10.4.2   Raaka-aineet

Raaka-aineiden laadun suunnittelun yleisenä periaatteena on määrittää kaikille raaka-aineille vaatimukset, jotka johdetaan tuotteelle ja tuotannolle asetetuista vaatimuksista. Komposiittituotteen osalta tämä tarkoittaa lujitteille, matriisimuoville sekä mahdollisille täyte- ja lisäaineille asetettuja vaatimuksia. Vaatimukset määritellään niin yksikäsitteisesti kuin mahdollista, mieluiten numeerisesti määritettävissä olevien ominaisuuksien sallittuina arvoina. Vaatimukset kootaan kunkin raaka-aineen osalta materiaalispesifikaatioksi, joka vaadittujen ominaisuuksien ohella määrittelee menetelmät, joilla vaatimusten täyttyminen varmistetaan.

Taulukkoon 10.2 on koottu raaka-aineominaisuuksia, joille komposiittirakenteen materiaalispesifikaatioissa tyypillisesti asetetaan vaatimuksia. Taulukossa on myös esitetty suositukset koskien laadunvarmistustoimenpiteiden tulosten kirjausta. Taulukon mukaisesti tärkeitä hartsin ja kovetteen ominaisuuksia ovat mm. viskositeetti, ulkonäkö ja ikä. Lujitetuotteelle määriteltäviä ominaisuuksia ovat kuituominaisuuksien ohella geometria (esim. kudoksen geometria), neliömassa, pinnoiteaineen ja mahdollisen sideaineen määrä sekä kosteuspitoisuus. Hartsi/kovete-seoksen ominaisuuksista oleellisia ovat määriteltyä käyttöä vastaten mm. geeliaika, eksotermin huippulämpötila, saavutettava kovuus sekä saavutettavat lujuus- ja lämmönkesto-ominaisuudet. Vastaavat ominaisuudet ovat oleellisia lujitteen ja matriisin yhdistelmälle. Näille ominaisuuksille asetettujen vaatimusten täyttyminen tarkistetaan koevaloksilla ja –laminaateilla.

Taulukko 10.2 Raaka-aineiden laadunhallintaan liittyvät toimenpiteet eri vaativuusluokan tuotteille.

Vaativuusluokan I tuotteiden raaka-aineominaisuudet määritellään hyvin tarkasti. Esimerkiksi taulukkoon 10.2 lyhyesti kirjatut lujuusominaisuudet sisältävät käytännössä monia eri ominaisuuksia. Vaatimusten täyttyminen varmistetaan materiaalierittäin ennen kuin erä otetaan käyttöön. Varmistus tehdään kokeellisesti materiaalispesifikaation määrittelemällä tavalla. Varmistuksen tulokset kirjataan ja talletetaan kaikilta osin.

Vaativuusluokan II tuotteen raaka-aineominaisuudet voidaan määritellä edellä kuvattua väljemmin. Menetelmät, joilla vaatimusten täyttyminen varmistetaan, voivat myös olla yksinkertaisemmat. Joidenkin ominaisuuksien osalta voidaan tyytyä määriteltyyn materiaalitestaukseen ilman tulosten kirjausta ja tallennusta.

Vaativuusluokan III tuotteiden raaka-aineille asetetut vaatimukset ovat luonnollisesti vähäisimmät. Tärkeintä on määritellä raaka-aineiden käyttöominaisuudet niin, että tuotteen valmistus on ongelmatonta. Lujuusominaisuudet voidaan määritellä hyvinkin väljästi. Laadunvarmistustoimenpiteiden tuloksista kirjataan vain tärkeimmät.

Käyttöön hyväksytyt materiaalit varastoidaan niin ikään spesifikaation määrittelemällä tavalla. Ainakin vaativuusluokan I tuotteisiin käytettävä raaka-aine identifioidaan materiaalierittäin. Vanheneviin materiaaleihin merkitään aina sallittu käyttöaika. Kylmässä varastoitavien materiaalien osalta käyttöaikoja on tavallisesti kaksi: toinen ilmaisee sallitun varastointiajan kylmässä, toinen sallitun varastointiajan normaaliolosuhteissa. Mikäli käyttöaika ylittyy, materiaali on käyttökelvotonta. Joissakin tapauksissa vanhentuneen materiaalin käyttöaikaa voidaan jatkaa osoittamalla erikseen määriteltävin toimenpitein, että materiaali edelleen täyttää sille asetetut vaatimukset.

10.4.3   Valmistusprosessi

Valmistuksen laadunhallinnan yleiset periaatteet ovat vastaavat kuin raaka-aineiden laadunhallinnan. Valmistukselle asetetut vaatimukset määritellään prosessispesifikaatioilla. Tarvittaessa spesifikaatiot määrittelevät myös menetelmät, joilla vaatimusten täyttyminen osoitetaan. Spesifikaatioita täydentävät tarvittavat työohjeet.

Valmistuksen laadunhallinnan tulee kattaa kaikki oleelliset osa-alueet. Näitä ovat valmistusolosuhteet, valmistuslaitteet, muotit ja muut työvälineet, tuotannon apuaineet ja –tarvikkeet, raaka-aineiden käsittely ja itse tuotteen valmistus kattaen muovausvaiheen (laminointi, kelaus tms.), kovetuksen ja kovetuksen jälkeisen viimeistelyn. Oleellisia vaatimuksia osa-alueittain on koottu taulukkoon 10.3. Taulukossa on myös esitetty tuotteen vaativuusluokan mukaisesti suositukset koskien laadunvarmistustoimenpiteiden tulosten kirjausta. Kirjaustoimenpiteeksi merkitty rekisteröinti tarkoittaa tässä yhteydessä suureen jatkuvaa prosessin aikaista mittausta ja mittaustiedon tallennusta.

Taulukko 10.3 Valmistuksen laadunhallintaan liittyvät toimenpiteet eri vaativuusluokan tuotteille.

Taulukosta 10.3 on huomattava, että yleisluontoisena se ei kata kaikkien valmistusmenetelmien ominaispiirteitä. Huomionarvoisia ovat lisäksi seuraavat seikat:

• Vaativuusluokan I tuotteiden valmistustiloille asetetaan melko tiukat vaatimukset. Esimerkiksi laminointi tehdään pelkästään tälle työlle varatuissa puhdastiloissa.
• Irrotusainekäsittely tulisi tehdä omassa tilassa, joka on selvästi erillään laminointitiloista. Mikäli tämä ei ole mahdollista, on muulla tavoin varmistettava, ettei irrotusainetta pääse valmistettavaan laminaattiin.
• Valmistuslaitteet on tarvittaessa kalibroitava määräajoin.
• Mikäli hartsi/kovete-seos tehdään valmistuksen yhteydessä, sekoitussuhteet tulisi aina kirjata. Jokaisesta sekoitetusta erästä voidaan myös tehdä koevalos, jonka kovettuminen varmistetaan esimerkiksi mittaamalla siitä kovetuksen jälkeen Barcol-kovuus.
• Laminointivaiheen virhemahdollisuuksia voidaan pienentää työlistoilla, joihin on merkitty laminoitava rakenne kerroksittain. Tarvittaessa voidaan edellyttää, että jokainen kerros kuitataan työlistaan heti kerroksen laminoinnin jälkeen.
• Jos rakenteen valmistukseen sisältyy säkitys, säkin tiiveys on aina varmistettava ennen seuraavaa työvaihetta.
• Kovetuslämpötilaa ja kovetuksen aikaisia paineita mitataan yksinkertaisimmillaan vain yhdestä pisteestä. Mikäli lämpötila ja paine voivat haitallisessa määrin vaihdella rakenteen eri kohdissa, käytetään useampaa mittapistettä.
• Vaativuusluokan I osien valmistuksessa käytetään tavallisesti työlistoja, joihin on yksityiskohtaisesti kirjattu jokainen työvaihe ja valmistuksen aikainen tarkastustoimenpide.

10.4.4   Lopputuote

Lopputuotteen laadunhallinnan oleellisena tavoitteena on varmistaa, että tuote täyttää kaikki sille asetetut vaatimukset. Mikäli näin ei ole, syyt virheeseen on selvitettävä ja tuotantoprosessia on korjattava uusien virheellisten tuotteiden välttämiseksi. Virheelliseksi todetut tuotteet merkitään selvästi, ettei niitä vahingossa toimiteta asiakkaalle. Mikäli tuote on kallis, selvitetään erikseen, onko se korjattavissa vaatimusten mukaiseksi.

Laadunhallinnan toteutuksen yleisenä periaatteena on verrata valmistettua tuotetta tuotespesifikaatiosta johdettuun vaatimusmäärittelyyn. Tyypillisiä tutkittavia ominaisuuksia ja niiden kirjausperiaatteita eri vaativuusluokan tuotteille on esitetty taulukossa 10.4:

• Geometria mitataan määritellyssä laajuudessa manuaalisesti tai automatisoiduin mittalaittein.
• Tuote punnitaan aina, mikäli sille on spesifioitu massarajat.
• Ulkoinen rakenne tarkastetaan visuaalisesti määrittelyjen mukaan.
• Rakenteen sisäinen eheys tutkitaan ainetta rikkomattomin koestusmenetelmin. Esimerkiksi vaativuusluokan I osille tehdään tavallisesti aina 100 %:n ultraäänitarkastus. Mikäli tuote ei läpäise tarkastusta, mahdolliset vikakohdat tutkitaan tarkemmin muilla menetelmillä. Huokoisuus, lujitekerrosten määrä ja suuntaus varmistetaan tarpeen mukaan näytepaloista.
• Kovetusaste, jäännösstyreenin määrä ja lujuusominaisuudet määritetään koepaloista, jotka on sisällytetty itse tuotteeseen tai valmistettu tuotteen yhteydessä samoilla prosesseilla.

Taulukko 10.4 Lopputuotteen laadunhallintaan liittyviä toimenpiteitä eri vaativuusluokan tuotteille.

Muovikomposiittien valmistustekniikkojen kehitystä on vienyt eteenpäin uusien materiaalien tulo markkinoille. Usein uudet materiaalit ovat vaatineet myös uuden valmistustekniikan. Tämän voi havaita myös valmistusmenetelmäosasta, jossa monen valmistustekniikan nimi viittaa suoraan tiettyyn materiaaliin tai puolivalmisteeseen.

Perustekniikan kehityksen jälkeen on panostettu enemmän koko valmistusprosessin automatisointiin ja rationalisointiin. Tässä osassa kuvataan, miten tehokkaiksi eri valmistusmenetelmät on saatu kehitettyä.

10.3.1   Märkälaminointi

Märkälaminoinnissa ei ole pyritty automatisoimaan laminointivaihetta vaan se on pysynyt samanlaisena viime vuosikymmenet. Suurin kehitys on tapahtunut raaka-aineiden puolella. Sekä lujitteet että hartsit ovat tulleet entistä helpommiksi laminoida. Lujitteiden muotoiltavuutta ja kastuvuutta on jatkuvasti parannettu. Samoin markkinoilla on paljon yhdistelmä- ja muita erikoislujitteita, joilla laminointiaikaa voidaan vähentää.

Laajojen pintojen laminointiin käytetään laminointikonetta, jossa hartsi syötetään pumpulla letkuja myöten suoraan laminointitelaan. Näin vältytään hartsin ja kovetteen sekoittamiselta erillisessä astiassa ja hartsin annostelusta telaa kastamalla. Koneellisesti tapahtuvalla annostelulla päästään tasaiseen hartsin jakautumaan ja se myös nopeuttaa laminointia noin 30 % verrattuna perinteiseen käsinlaminointiin.

Käsinlaminoinnin työmäärän suurimmat säästöt on saavutettavissa etenkin suurilla kappaleilla oikealla työn vaiheistuksella ja sopivilla apulaitteilla. Laminointiprosessissa tulee väistämättä taukoja gelcoatin tai laminaattien kovettuessa. Työn suunnittelu siten, että myös kovetusaikoina voidaan jatkaa laminointia toisessa kohteessa tai toisella kappaleella, on ensiarvoisen tärkeää hyvän kokonaiskannattavuuden kannalta.

Valmistusta voidaan rationalisoida leikkaamalla lujitteet edeltäkäsin oikeisiin mittoihin ja järjestämällä ne valmiiksi oikeaan laminointijärjestykseen. Lujitteiden leikkaus voidaan koneellistaa hyvinkin pitkälle. Samoin reunojen leikkaus ja reiki­en teko voidaan automatisoida, mikäli sarjasuuruudet ovat riittäviä.

10.3.2   Ruiskulaminointi

Ruiskulaminointi voidaan robotisoida suhteellisen vaivattomasti gelcoat- ja laminaattiruiskutuksen osalta. Ruiskutukseen soveltuvat hydrauliset maalausrobotit lähes sellaisinaan. Laminaatin tiivistysvaiheen automatisointi on sen sijaan vaikeaa, kun valmistettavana on muotokappale. Tasolaminaatit voidaan tiivistää roboteilla perinteisiä tiivistysteloja käyttäen.

Aiemmin kuvassa 10.3. esitetyn robottiruiskutuslinjan tilajärjestely antaa kuvan automatisoinnin mahdollisuuksista. Tässä ratkaisussa ei ole vielä koneellistettu muottien irrotusainekäsittelyä eikä kappaleen irrotusta. Samoin osa kappaleiden ja muottien siirroista tapahtuu manuaalisesti. Myöskään näiden vaiheiden automatisointi ei ole mahdotonta.

Robotisoinnin tavoitteena on tuottavuuden kasvun ohella työolosuhteiden parantaminen, mikä saadaan aikaan suorittamalla hankalat työvaiheet koneellisesti suljetuissa tiloissa. Kovetusjaksojen nopeuttamisella pystytään myös hyödyntämään ruiskulaminoinnin suuri kapasiteetti kasvattamatta muottien lukumäärää kohtuuttomasti.

10.3.3   Prepreg-laminointi

Prepreg-laminoinnin automatisointia on tutkittu erittäin paljon lentokone- ja avaruusteollisuudessa, joille nämä puolivalmisteet ja niiden kovetus autoklaavissa on hallitseva tekniikka. Prepregien leikkaus ja muottiin asettelu sekä kerrosten tiivistys ovat käsin tehtyinä erittäin hitaita työvaiheita. Lisäksi käsityössä virhemahdollisuudet ovat suuremmat kuin koneellistetuissa menetelmissä.

Prepreg-teippien leikkaukseen, ladontaan ja tiivistykseen on valmistettu numeerisesti ohjattuja koneita. Koneet käyttävät 1″ – 12″ leveitä yhdensuuntaisprepregejä, jotka laminointipää asettaa halutussa laminointikulmassa muottiin ja tiivistää samalla laminaatin. Kone poistaa laminoinnin yhteydessä prepregin suojakalvot ja suo­rittaa teipin leikkauksen. Laminointinopeus on maksimissaan luok­kaa 30 m/min. Parhaassa tapauksessa voi työn säästö käsin tehtä­vään laminointiin verrattuna olla jopa 80 %.

Automaattiset prepreg-nauhojen laminointikoneet toimivat suorilla tai loivasti kaarevilla muottipinnoilla. Investointikustannukset ovat vielä niin suuret, että kannattavat sarjakoot ovat tuhansia kappaleita. Luvun 5 kuvissa 5.8 ja 5.14 on esitetty nauha- ja kuitulaminointikoneiden periaatteet. Koneet käyttävät raaka-aineena kerta- ja kestomuovimatriisisia prepregejä.

Autoklaavivalmistuksen muita vaiheita voidaan myös automatisoida. Prepreg-materiaalien automatisoitu varastointi on pitkälle kehitetty. Järjestelmän avulla voidaan välttää väärien materiaalien käyttö. Samoin on helppo käyttää säilytysajaltaan rajalliset raaka-aineet oikeassa järjestyksessä. Mikäli laminointia ei suoriteta koneellisesti, prepregien leikkaus koneellisesti oikeisiin mittoihin on yleistä. Valmiiden prepreg-palojen asetteluun on saatavilla koneita, jotka heijastavat kulloinkin aseteltavan palan ääriviivat muotin pinnalle.

Valmiiden kappaleiden viimeistely voidaan tehdä vesisuihkuleikkauksella, laserilla tai mekanisoiduilla leikkureilla.

10.3.4   Suljettujen muottien menetelmät

Suljettujen muottien menetelmissä on jo jonkin asteen mekanisointi perusprosessissa. Yleisesti voi todeta tuotannon rationalisoinnin kulkevan rinnatusten puolivalmisteiden kehityksen kanssa. Suurtuotantoon soveltuvien uusien kerta- ja kestomuovisten puolivalmisteiden markkinoille tulo antaa selvästi paremmat lähtökohdat materiaalinkäsittelyn ja valmistusprosessin rationalisointiin. Automatisointikeinot eivät tässä tapauksessa poikkea oleellisesti muiden materiaalin käsittelystä.

RTM, RRIM ja SRIM

Injektiomenetelmissä lujite voidaan asettaa muottiin esivalmistettuna lujiteaihiona. Injektio- ja kovetusvaiheita voidaan nopeuttaa hartsien ja muottien lämmityksellä. Lujiteaihioiden valmistuksen nopeuttamiseen ja automatisointiin on kehitetty ja kehitetään jatkuvasti uusia vaihtoehtoja. Näitä on käsitelty tarkemmin luvussa 5. Raaka-aineseosten valvonta varastosäiliöissä, niiden valvottu syöttö muotteihin ja prosessin valvonta muotissa voidaan automatisoida ja näin saada sekä laadultaan että jaksoajaltaan mahdollisimman taloudellisesti tuotettuja kappaleita.

Kuvassa 10.4 on esimerkki aihiontekolinjasta.  Menetelmässä sideaine annostellaan perusaihioon linjalla ja tämä perusaihio kovetetaan muotissa. Perusaihion päälle on mahdollista lisätä haluttuja lujitekerroksia, jäykisteitä tai ydinaineita tarpeen mukaan. Tämä tapahtuu erillisessä vaiheessa, jossa paikallisella lämmityksellä voidaan liittää lisämateriaali perusaihioon.

MKR 21.6

Kuva 10.4 Lujiteaihioiden valmistuslinja.

Puristusmenetelmät

Ruiskuvalussa ja SMC:n puristuksessa automatisoidaan myös raaka-aineen siirtoja, kappaleen irrotusta muotista ja tuotteen jälkikäsittelyä sekä pinnoitusta. Itse valmistuksen perusprosessi on pitkälle koneellistettu.

10.3.5   Muut menetelmät

Kuitukelauksessa ja pultruusiossa säädetään ja tarkennetaan prosessien ohjattavuutta lisäämällä ohjausautomatiikkaa. Samoin kappaleiden käsittelyä siirretään entistä enemmän manipulaattoreiden tai robottien hoidettavaksi.

Muovikomposiittien valmistuksessa pätevät monelta osin yleiset teollisen tuotannon tilajärjestelyihin soveltuvat ohjeet. Tässä yhteydessä käsitellään ainoastaan muovikomposiittien valmistukseen liittyviä erityispiirteitä ja annetaan malliksi muutamia yleisjärjestelyjä.

10.2.1 Ympäristöolosuhteet

Tuotantotilojen ja raaka-aineiden lämpötilalla ja kosteudella on suuri merkitys komposiittituotteiden valmistuksessa etenkin märkälaminointimenetelmillä. Muoviraaka-aineiden viskositeetti ja kovetusnopeudet riippuvat voimakkaasti lämpötiloista. Lujitteiden tai hartsien kosteus voi estää laminaattien kovettumisen. Tuotannon laadun vakioimiseksi on tuotan­totilojen ja varastojen olosuhteet pyrittävä tasaamaan. Normaaliarvot lämpötilalle ovat 20…25 °C ja suhteelliselle kosteudelle 40…60 %.

10.2.2   Raaka-aineiden varastointi ja käsittely

Lujitteiden ja hartsien varastointiaika on kriittisissä tuotteissa rajattu. Sekä lujitteiden pintakäsittelyaineet että hartsit muuttuvat ominaisuuksiltaan pitkään varastoitaessa. Puolen vuoden käyttöaika on tyypillinen polyesterihartseille. Epoksiharsien käyttöaika voi olla muutaman vuoden ja niiden kovetteiden noin yhden vuoden luokkaa.

Alhainen lämpötila hidastaa kemiallisia reaktioita. Näin myös raaka-aineiden säilytyslämpötilat voivat olla hyvinkin alhaisia. Polyestereitä ja lujitteita säilytetään usein pakkasessakin. Sen sijaan epoksihartseille suositeltu varastointilämpötila on 0 °C:n yläpuolella.

Puolivalmisteista lähinnä kertamuovipohjaiset prepregit vaativat kylmäsäilytyksen. Normaalisti prepregit säilyttävät ominaisuutensa 6…12 kk pakastuslämpötilassa eli -18°C:ssa varastoitaessa. Laaduista riippuen työskentelyaika huoneenlämpötilassa vaihtelee viikosta muutamaan kuukauteen.

Lujitteiden esikäsittely sisältää normaalisti leikkauksen ja pinoamisen halutun laminaattirakenteen mukaiseen järjestykseen. Aihioita käytettäessä lujite myös muotoillaan lähelle lo­pullista kappaletta. Puolivalmisteita käytettäessä materiaalit leikataan sopiviksi paloiksi, jotka sitten toimitetaan laminointi­paikalle tai puristimelle.

Suuria määriä käytettäessä voidaan hartsit siirtää putkia myöten laminointipisteisiin tai yhteiseen jakelupaikkaan. Käytännössä joudutaan kuitenkin usein sekoittamaan hartsit erillisessä sekoitushuoneessa, jossa voidaan säätää värit ja kovetusajat halutuiksi.

10.2.3   Tilajärjestelyt

Muovikomposiittiosat ovat tyypillisesti pitkälle integroituja. Näin valmistuksen tilajärjestely on selväpiirteinen. Valmistus tapahtuu jonkun perusprosessin, esim. puristimen ympärille järjestettynä joko linjassa tai erilaisina silmukoina riippuen kappaleiden koosta, rakenteista ja tuotantovolyymista. Tilajärjestelyissä on varattava tilaa työkaluille ja niiden puhdistukselle. Märkälaminoinnissa myös raaka- ja apuaineiden hukat vaativat omat järjestelynsä. Työtilojen siisteydestä on huolehdittava erityisesti, kun valmistusmenetelmä on ympäristöä helposti likaava (esimerkiksi märkälaminointi).

Liuoteaineiden haihtumisen takia ja mahdollisen laminaatin leik­kauspölyn eliminoimiseksi vaaditaan tehokkaat ilmastointi- ja pölynpoistosysteemit etenkin avomuotteja ja märkälaminointi­menetelmiä käytettäessä.

Märkälaminointimenetelmissä tuotantoprosessi voidaan jakaa seuraaviin vaiheisiin:

• raaka-aineiden esikäsittely
• muotin puhdistus ja  tarvittaessa irrotusainekäsittely
• gelcoatin sively tai ruiskutus
• gelcoatin kovetus
• laminointi
• laminaatin välikovetus tai kovetus
• kappaleen irrotus
• kappaleen viimeistely.

Valmistuksen aikana tuodaan tarvittavat raaka-aineet ja suoritetaan muottien ja kappaleiden siirtoja työpisteestä toiseen. Jous­tavan tuotannon aikaansaamiseksi joudutaan käyttämään useita muot­teja tai nopeuttamaan aikaavieviä kovetusjaksoja (gelcoatin ja laminaatin kovetus) lämmöllä. Nopeutettunakin kovetusjak­sot ovat niin pitkiä, että tuotanto on vaiheistettu. Tämä vaatii melkoisesti tuotantotilaa, joka myös käytännössä on lattiapintaa johtuen avomenetelmillä tarvittavasta yleisilmastoinnista. Ilmastointia on erittäin hankala saada toimimaan useammalla tasolla tapahtuvissa tuotantotiloissa. Pelkillä paikallispoistoilla ei yleensä päästä riittävän alhaisiin haitta-ainepitoisuuksiin.

Kuvassa 10.1 on esitetty kerroslevyjen valmistuslinjan tilajärjestelyehdotus. Valmistus alkaa tässä tapauksessa gelcoatin ruiskutuksella muottina toimivalle levylle. Ruiskutuspaikalle on järjestetty paikallinen liuotehöyryjen poisto. Gelcoatin kovettumisen nopeuttamiseksi voidaan käyttää kuvan mukaista lämpimän ilman puhallusta, lämpölamppuja tai myös lämpöuunia.

Toisessa vaiheessa ruiskulaminoidaan pintakerros ja tiivistetään se mekanisoidulla telaussysteemillä. Laminaatin kovettumista nopeutetaan jälleen lämmittämällä. Ennen laminaatin kovettumista märälle pinnalle asetetaan valmiit vaahdotetut solumuovilevyt. Seuraavassa vaiheessa ruiskulaminoidaan kerroslevyn toinen pinta.

Kun kerroslevyn laminaatit ovat kovettuneet, levy irrotetaan muotista ja viimeistellään leikkaamalla reunat tasaisiksi. Tässä tapauksessa vain toinen pinta on viimeistelty. Jos molemmat pinnat halutaan sileiksi, voidaan joko käyttää kaksipuolista muottia tai valmistaa toinen pinta eri vaiheessa ja liimata se erikseen.

MKR 21.1

Kuva 10.1 Kerroslevyjä valmistavan tehtaan tilajärjestely.

Toisena esimerkkinä tilajärjestelyistä on paineinjektiota käyttävän kalustetehtaan ratkaisu kuvassa 10.2. Tässä tapauksessa kappaleiden ydinaine vaahdotetaan omalla koneella. Vaahdotus vaatii useita muotteja, jotta koneen kapasiteetti saadaan käytettyä hyväksi. Muotit ja muottipitimet on järjestetty kaarelle vaahdotuskoneen ympärille. Näin on minimoitu tilantarve ja vaahdotus voidaan hoitaa lyhyillä letkuilla ilman turhia siirtoja.

Valmiiksi leikatut lujitekerrokset kiinnitetään vaahdotettujen ydinaineiden päälle mekaanisesti. Tämä esivalmiste asetetaan muottiin, johon syötetään hartsi injektointilaitteistolla. Myös tässä vaiheessa käytetään useita muotteja, sillä varsinainen injektointiaika on lyhyt verrattuna kappaleen kovettumisaikaan.

Seuraavat työvaiheet ovat kappaleen irrotus, reunojen viimeistely ja maalausta varten tehtävä hionta. Tässä tapauksessa pinnalta vaaditaan erityisen hyvää iskukestävyyttä ja sen saavuttamiseksi maalaus tehdään useampivaiheisena. Normaalisti RTM:ssä voidaan käyttää gelcoatia, jolloin erillistä maalausta ei tarvita.

MKR 21.2

Kuva 10.2 Paineinjektiolla kalusteita valmistavan tehtaan tilajärjestely.

Kolmantena esimerkkinä tilajärjestelyistä on robotisoitu ruiskutus kuvassa 10.3. Tässä tapauksessa valmistetaan erilaisia muotokappaleita, joissa on gelcoat-pinta ja suhteellisen ohut laminaattikuori. Valmistusprosessissa gelcoatin ja laminaatin kovetusjaksot on nopeutettu vastaamaan ruiskutuksen työvaiheaikaa. Kappale viimeistellään robotilla joko vesisuihkuleik­kauksella tai mekaanisesti.

MKR 21.3

Kuva 10.3 Robotisoidun ruiskulaminointilinjan tilajärjestely.

10.2.4   Tuotannon apulaitteet

Tuotantotilojen ilmastointi on välttämätöntä avomuotteja ja märkälaminointimenetelmiä käytettäessä. Tavallisesti koko tuotantotila yleisilmastoidaan. Käsinlaminointitiloissa voi yleisilmastointi vaihtaa koko tilan ilmamäärän kaksi tai kolme kertaa tunnissa. Runsaimmin liuotteita haihduttavat työpisteet varustetaan paikallispoistoilla, ilmaverhoilla tai muilla vastaavilla laitteilla. Ilmastointiin voidaan haluttaessa yhdistää lämmön ja liuotteiden talteenotto. Jälkimmäiset ovat toistaiseksi harvinaisia johtuen järjestelmien kalleudesta, mutta tulevat vähitellen välttämättömiksi uusien työsuojelumääräysten astuessa voimaan.

Kappaleen viimeistelyssä syntyy laminaattipölyä. Jälkikäsittelytilat onkin syytä eristää muista tuotantotiloista ja leikkauslaitteet varustaa työkalukohtaisilla pölynpoistajilla.

Muovikomposiittituotannossa selvitään yleensä muilta osin normaaleilla paineilma- ja sähköverkostoilla.

10.2.5   Turvallisuus

Hartsit ja erilaiset komposiittituotannossa käytettävät liuotteet ovat palavia nesteitä. Mikäli käytettävät tai varastoitavat määrät ylittävät viranomaisten määrittämät raja-arvot, joudutaan varasto- ja tuotantotilat hyväksyttämään. Varastointia varten joudutaan rakentamaan palosuojatut tilat, joissa olevien aineiden määrät rajoitetaan. Lisäksi tiloille on tehtävä palontorjuntasuunnitelmat ja ne on varustettava asianmu­kaisin sammutusvälinein.

Tuotantotiloissa oleville palaville nesteille määrätään maksimimäärät ja niiden varastointitilat on oltava asialliset. Samoin sähkölaitteiden suojaustason on oltava riittävä. Ympäristöön laskettavien liuotteiden päästöön on myös saatava viranomaisten lupa. Jätteiden käsittely on suoritettava jätehuoltosuunnitelman mukaisesti. Toistaiseksi kiinteä jäte voidaan toimittaa kaatopaikalle. Sen sijaan nestemäiset jätteet on hoidettava jätteenkäsittelylaitoksissa.

Komposiittiosien tuotannossa tarvitaan monia apuaineita ja tarvikkeita. Tärkeimpiä ovat irrotusaineet, karhennuskankaat sekä alipainesäkityksessä tarvittavat kalvot, huovat,kankaat, teipit, tiivistenauhat ja imuputket osineen. Injektiomenetelmissä tarvitaan lisäksi hartsin syöttö- ja imukanavistot ja mahdollisesti erillinen hartsinjohtokerros.

10.1.1   Ulkoiset irrotusaineet

Irrotusaine estää muotin ja muovattavan kappaleen tarttumisen toisiinsa, suojaa muottipintaa, vähentää muotin huoltotarvetta ja pidentää sen käyttöikää. Sekä irrotusaineen valinta että sen levitys muottipinnalle on tehtävä huolellisesti annettuja ohjeita noudattaen, sillä kustannukset ja vahingot, jotka aiheutuvat kappaleen tarttumisesta muottiin ovat usein kymmeniä, jopa satoja kertoja käytetyn irrotusaineen hintaa suuremmat. Irrotusaineet voivat olla sisäisiä tai ulkoisia. Sisäisiä irrotusaineita on tarkasteltu luvussa 3.3.3. Ulkoiset irrotusaineet levitetään muottipinnalle.

Aine voi toimia irrotusaineena ainoastaan silloin, kun se muodostaa muottipinnalle yhtenäisen kalvon. Nestemäisen irrotusaineen on näin kasteltava muottipinta täydellisesti. Tämä edellyttää, että irrotusaineeksi tarkoitetun nesteen pintaenergia on kiinteän muottipinnan pintaenergiaa pienempi. Nestemäisen irrotusaineen on näin oltava pienipintaenerginen ja sen täytyy kiinteytyä pienipintaenergiseksi aineeksi (ts. säilyttää pintaenergiansa pienenä), kastella suuripintaenerginen muottipinta täydellisesti ja kiinnittyä siihen. Suuripintaenerginen muottipinta muutetaan näin irrotusaineella pienipintaenergiseksi. Kun muovattavan aineen pintaenergia on suurempi kuin muottipinnan, ei aine tartu muottipintaan, vaan irtoaa siitä helposti.

Merkittävimmin irrotustulokseen vaikuttaa muotin kunto ja muottipinnan puhtaus. Millään irrotusaineella ei voida korjata muottipinnan virheellisyyksiä. On sangen yleistä, että muottien kuntoon kiinnitetään aivan liian vähän huomiota. Yleensä irrotusaine toimii myös likaisessa muotissa, mutta irrotuskertoja saadaan vähemmän käsittelyä kohti. Irrotusainetta tarttuu myös tällaisessa tapauksessa jokaisella irrotuksella hieman kappaleen pintaan ja muovattavasta kappaleesta tulee likainen ja/tai kiilloton.

Muottipinta voidaan puhdistaa laimealla pesuaine‑vesiliuoksella tai erilaisilla liuotteilla (hapetetut ja aromaattiset hiilivedyt; tolueeni, mineraalitärpätti, asetoni ja klooratut liuotteet kuten metyleenikloridi ja perkloorietyleeni) tai tarkoitukseen valmistetuilla puhdistusnesteillä. Puhdistus voi vaatia myös kevyttä käsi‑ tai konehiontaa tai lasikuulapuhallusta. Puhdistusmenetelmät riippuvat muotin pintamateriaalista sekä muotissa aikaisemmin käytetyistä irrotusaineista ja huokoslakoista. On tavallista, että näkyvä osa epäpuhtauksista ja vanhoista irrotusaineista poistetaan muottipinnalta. Näiden alla on kuitenkin yleensä aina ohut epäpuhtauskalvo, joka on myös saatava poistetuksi.

Muottipinnan puhtaus on todettavissa teippikokeella. Peite- tai maalarinteippi painetaan muottipintaan ja irrotetaan vetämällä sitä noin 90º kulmassa. Likaiselta, rasvaa tai vahaa sisältävältä pinnalta teippi irtoaa helposti. Puhtaaseen pintaan se tarttuu kiinni lujasti. Teipin jättämä liima on kokeen jälkeen poistettava muottipinnalta. Samalla menetelmällä voidaan todeta myös irrotusaineen toimivuus. Irrotusaineella käsitellylle pinnalle teippi ei tartu tai tartunta on hyvin heikkoa. Kokeen jälkeen teipin peittämä kohta on käsiteltävä kertaalleen irrotusaineella.

Hyvällä irrotusaineella on seuraavat ominaisuudet:

• aine on vaivattomasti ja nopeasti levitettävissä pienille ja suurille pinnoille
• aine kiinteytyy (kovettuu) nopeasti
• aine muodostaa yhtenäisen kalvon muottipinnalle ja tarttuu siihen
• aine ei tartu muovattavaan kappaleeseen
• aine kestää muovauksen aiheuttamat muutokset ympäröivissä olosuhteissa
• aineella saadaan useita irrotuksia käsittelykertaa kohti
• aine irrottaa useimmat muovit.

Kaikkien muovien ja muottimateriaalien kanssa moitteettomasti toimivaa irrotusainetta ei ole olemassa. Irrotusaineen valintaan vaikuttavia tekijöitä ovat edellä mainittujen lisäksi mm. muovauslämpötila, valmistusmenetelmä, valmistettavan kappaleen muoto, sarjakoko, onko kyseessä geelipintainen kappale, halutaanko kappaleeseen kiiltävä, matta vai puoli-kiiltävä pinta sekä paljonko aikaa ja työtä voidaan käyttää muotin käsittelyyn ennen valmistuksen aloittamista ja muovausten välillä.

Seuraavassa esitetään yhteenveto yleisimmistä muotin pintaan ruiskutettavista, hangattavista ja siveltävistä irrotusaineista. Näiden ohella irrotukseen voidaan käyttää erilaisia kiinteitä kalvoja ja kankaita, joita käsitellään kappaleessa 10.1.2.

Polyvinyylialkoholi

Polyvinyylialkoholi (PVAL) on vesiliukoinen irrotusaine, joka levitetään muottipinnalle käsin tai ruiskuttamalla. Veden haihduttua on muottipintaan syntynyt yhtenäinen PVAL‑kalvo, joka kovettumisen aikana osin tarttuu muovattavaan kappaleeseen. Kappale ja muotti on pestävä vedellä puhtaaksi. Tämä ja aineen kertakäyttöisyys ovat PVAL:n suurimmat haittapuolet. Hinnaltaan PVAL on edullinen ja sen irrottavuus on hyvä.

Polyvinyylialkoholia käytetään usein irrotusvahojen kanssa varmistamaan ensimmäisen tai ensimmäisten kappaleiden moitteeton irtoaminen uudesta, irrotusvahalla käsitellystä muotista. PVAL toimii myös sulkukerroksena estäen styreenin haitallisen pääsyn muovattavaan kappaleeseen polyesteri- tai vinyyliesterimuoteista, joita ei ole lämpökovetettu korotetussa lämpötilassa, jotka ovat suhteellisen uusia tai joiden pintaa on korjattu.

Polymeeriset silikonit

Polymeerisiä silikoneja käytetään irrotusaineena sekä nesteenä että pastana. Niitä on myös tiivisteinä, jolloin laimennus suoritetaan työpaikalla ennen käyttöä. Silikoneilla on erinomaiset irrotusominaisuudet ja ne soveltuvat käytettäviksi lähes kaikkien muovien ja muottimateriaalien kanssa. Haittapuolena on silikonipartikkelien taipumus kulkeutua ilmavirtausten mukana kohteisiin, joissa niiden läsnäolo on epätoivottavaa. Silikonipartikkelit kiinnittyvät myös muovattavan kappaleen pintaan estäen tehokkaasti maalin tai liiman tartunnan.

Luonnonvahat ja synteettiset vahat

Luonnonvahoja, synteettisiä vahoja ja näiden yhdistelmiä käytetään yleisesti irrotukseen. Näihin kuuluvat mm. parafiini, hienojakoiset vahat sekä kasvi‑ (karnaubavaha) ja eläinperäiset vahat. Vahoja on saatavissa sekä pastoina että liuoksina, jolloin ne voivat olla sekä liuote- että vesipohjaisia. Niillä on mahdollista saada korkea kiilto ja useita irrotuksia käsittelykertaa kohti. Vaha levitetään uuden, hiotun ja huolellisesti puhdistetun muotin pintaan käsin useana kerroksena valmistajan ohjeiden mukaan. Levityksen jälkeen pinta kiillotetaan. Ensimmäisten irrotuksien yhteydessä voidaan vahan lisäksi käyttää polyvinyylialkoholia. Huolellinen vahaus pastamaisilla vahoilla on aikaa vievä työvaihe. Liuosmaisten vahojen käyttö onkin yleistynyt levityksen vaivattomuuden vuoksi. Nämä irrotusaineet soveltuvat parhaiten käytettäviksi, kun on kyse yksittäisestä irrotuksesta tai sarjakoko on pieni eikä muovausjakson kestolla ole suurta merkitystä.

Muottipinnalle polymeroituvat irrotusaineet

Muottipinnalle polymeroituvia, voimakkaasti reaktiivisia nestemäisiä irrotusaineita on suuri valikoima sekä liuote- että vesipohjaisina. Ne ovat laajalti käytössä erityisesti rotaatiovalussa ja kuitulujitettujen muovikomposiittien valmistuksessa. Levitettynä puhtaalle muottipinnalle liuotepohjainen irrotusaine polymeroituu ja kovettuu absorboidessaan kosteutta ilmasta ja tarttuu samalla muotin pintaan lujasti kiinni. Vesimolekyylit saavat aikaan kemiallisen reaktion, jonka seurauksena syntyy hyvin verkkoutunut polymeeri eli muottipinnalle muodostuu ohut, yhtenäinen muovikalvo.

Polymeroituvat irrotusaineet ovat nopeita ja vaivattomia levittää joko käsin tai ruiskulla. Ne vaativat hyvin vähän tai ei ollenkaan kiillotusta. Kovettumisaikaa voidaan lyhentää levittämällä irrotusaine lämpimälle muottipinnalle tai lämmittämällä muottia käsittelyn jälkeen. Irrotusaineet eivät tartu muovattavaan kappaleeseen ja niille on tyypillistä erinomainen lämmönkestävyys. Irrotuksia saadaan useita käsittelykertaa kohti. Vesipohjaiset irrotusaineet, joissa irrotuskalvon muodostava polymeerihartsi on mikroemulsiona veden toimiessa kantoaineena, levitetään huoneenlämpöiselle tai lämpimälle muottipinnalle, jolle polymeeri tarttuu kemiallisesti veden haihtuessa.

Muottipinnalle polymeroituvia ja lujasti kiinnittyviä irrotusaineita löytyy lähes kaikille muoveille ja muottimateriaaleille. Irrotusaineita käytettäessä on huolellisesti noudatettava materiaalivalmistajan ohjeita.

Huokoslakat

Polymeroituvia irrotusaineita käytettäessä suositellaan yleensä aina muottipinnan esikäsittelyä huokoslakalla. Huokoslakan tehtävänä on täyttää ja sulkea muottipinnan mikrohuokoset, jotka voivat aiheuttaa hartsitarttumia ja heikentää irrotusominaisuuksia ja kappaleen pinnan laatua. Huokoslakkoja käytetään sekä lujitemuovi- että kevytmetallimuoteissa. Erityisen tärkeää huokoslakkakäsittely on alikovettuneiden poly- ja vinyyliesterimuottien yhteydessä, joissa styreeni voi haihtua kovettumisreaktion aikaansaaman lämmön vaikutuksesta irrotusainekerroksen läpi muovattavaan kappaleeseen aiheuttaen tartuntaa muottiin ja/tai pintavaurioita kappaleeseen (esim. huntuefektin). Sama ilmiö voi esiintyä vanhojenkin muottien kohdalla, kun niiden pinnan korjauksessa on käytetty hiontaa. Huokoslakkakäsittely suojaa myös muottipintaa ja parantaa sen kulutuskestävyyttä sekä tehostaa irrotusaineen toimivuutta.

Huokoslakka levitetään aina ensimmäiseksi muottipinnalle. Varsinainen irrotusaine levitetään vasta sen päälle. Huokoslakkakäsittely uudistetaan muotin puhdistuksien ja korjauksien jälkeen. Suositeltavaa on, että huokoslakkakäsittely suoritetaan välittömästi muotin valmistumisen jälkeen muotin tekijän toimesta.

10.1.2   Irrotuskalvot ja ‑kankaat

Irrotuskalvoja ja -kankaita voidaan käyttää irrotusaineiden tavoin muottipinnalla helpottamaan irrotusta ja estämään muovattavan kappaleen tarttuminen muottiin. Muovikomposiittien valmistuksessa käytetään lähinnä muovikalvoja ja pinnoitettuja (PTFE) lasikuitukudoksia, mutta myös metallikalvoja sekä pinnoitettuja papereita on saatavilla. Jälkimmäisiä käytetään mm. prepregien valmistuksessa. PTFE-irrotuskalvoja sekä PTFE-pinnoitettuja lasikuitukudoksia on myös taustaliimoitettuina silikoni- tai kumiliimalla, jolla ne voidaan kiinnittää pysyvästi muottipintaan.

Irrotuskalvoina käytettäviä muovikalvoja valmistetaan mm. polyamidista (PA), polyeteenistä (PE), polypropeenista (PP), polyeteenipenteenistä (PMP), polyvinyylialkoholista (PVAL) ja erilaisista fluoripolymeereistä kuten PTFE, FEP, ETFE, PVDF ja E/CTFE. Myös sellofaanikelmu soveltuu irrottamiseen. Suurin osa irrotuskalvoista on kertakäyttöisiä. Irrotuskalvo voidaan tarvittaessa jättää muovatun kappaleen pintaan suojaamaan sitä varastoinnin ja kuljetuksen ajaksi. Irrotuskalvoilla saadaan sileä ja kiiltävä pinta.

PTFE-pinnoitettuja lasikuitukudoksia on helppo käsitellä ja samaa irrotuskangasta voidaan käyttää useaan irrotukseen. Nämä ovat hinnaltaan irrotuskalvoja kalliimpia. Muovattavan kappaleen pinnan laatu on yleensä erinomainen; pinta on sileä eikä pintahuokosia esiinny. Irrotuskankaita valmistetaan useita eri laatuja eri leveyksissä ja paksuuksissa. Myös antistaattisia laatuja on saatavilla. Valitsemalla sopiva laatu voidaan kappaleen pintaan saada puolikiiltävä tai kiiltävä pinta. Irrotuskankaan sidos voi peilautua muovattavan kappaleen pintaan. Jos muotin pintaan liimaamalla kiinnittyvä irrotuskangas joudutaan kokoamaan useasta palasta, on saumat aina tehtävä puskuliitoksina.

Muottipinnalla käytettävät irrotuskalvot ja –kankaat ovat pinnaltaan sileitä eivätkä ne läpäise ilmaa, haihtuvia aineosia tai matriisimuovia. Injektointimenetelmissä, autoklaavimuovauksessa sekä alipaine- ja painesäkkikovetuksissa tarvitaan usein myös perforoituja eli rei´itettyjä irrotuskalvoja tai huokoisia irrotuskankaita. Ne sijoitetaan muovattavan kappaleen ja imukankaan tai imu-/ilmanjohtohuovan väliin estämään jälkimmäisten tarttuminen kappaleen ulkopintaan. Irrotuskalvoja on useilla eri rei´ityksillä riippuen siitä halutaanko sen toimivan vain ilman ja haihtuvien aineosien läpäisykalvona vai sallitaanko näiden lisäksi myös ylimääräisen hartsin virtaus kontrolloidusti imu-/ilmanjohtokerroksiin. Mikäli muovattavan kappaleen pintaan halutaan karhennuskangas, sijoitetaan perforoitu irrotuskalvo sen päälle.

Huokoiset irrotuskankaat ovat tavallisesti silikoni- tai PTFE-käsiteltyjä polyamidi-, polyesteri- tai lasikuitukudoksia, jotka voivat olla luonnonvärisiä tai värjättyjä. Nämä laskevat ilman ja haihtuvat aineosat sekä ylimääräisen hartsin lävitseen ja niillä saadaan muovattavan kappaleen pintaan haluttu pintakarheus, tekstuuri, joten ne toimivat samalla karhennuskankaan tavoin. Irrotusainekäsittely varmistaa kankaiden helpon irtoamisen kappaleen pinnasta. Näitä voidaan käyttää myös muottipinnan ja muovattavan kappaleen välissä.

Irrotuskalvon ja -kankaan valintaan vaikuttavat valmistettavan kappaleen muoto, muovausolosuhteet, matriisimuovi ja kappaleeseen haluttu pinnanlaatu. Irrotuskalvon on oltava ohut, luja ja sitkeä sekä riittävän elastinen muotoutuakseen valmistettavan kappaleen muotojen mukaan. Muovauslämpötila ja käytetty matriisimuovi eivät saa vahingoittaa sitä. Irrotuskalvojen paksuudet ovat tavallisesti 0,012…0,050 mm ja korkein käyttölämpötila noin 400 °C. Irrotuskankailla vastaavat arvot ovat 0,075…0,770 mm ja 480 °C.

10.1.3   Karhennuskankaat

Karhennuskangasta käytetään muovattavan kappaleen pinnassa joko kosmeettisista syistä tai tavallisimmin silloin, kun kappale tullaan kovetuksen jälkeen liimamaan, maalaamaan tai muulla tavalla pintakäsittelemään. Karhennuskankaan käyttö kasvattaa tartuntapintaa merkittävästi ja parantaa tarttuvuutta. Karhennuskankaan käyttö on myös suositeltavaa aina, kun työ keskeytetään välikovetuksen ajaksi. Useimmissa tapauksissa työtä voidaan välittömästi jatkaa karhennuskankaan poiston jälkeen eikä pinnan erillistä karhentamista tarvitse tehdä.  Karhennuskankaan tehtävänä on myös suojata ja pitää valmistettava kappale puhtaana työvaiheiden välisenä aikana sekä varastoinnin ja kuljetuksen aikana.

Karhennuskangas voidaan asettaa sekä muottipinnalle että valmistettavan kappaleen ulkopinnalle. Karhennuskankaan on tartuttava kappaleeseen. Kankaan on oltava riittävän luja, jotta se on kohtuullisen helposti poistettavissa kappaleen pinnalta kovetuksen jälkeen. Kankaan poiston jälkeen sen alta paljastuu puhdas, kankaan pintakuvion karhentama pinta, johon liima, maali tai hartsi tarttuu hyvin. Pinnan erillistä puhdistusta tai karhentamista ei useimmissa tapauksissa tarvitse enää tehdä.

Tavalliset karhennuskankaat ovat silikonivapaita ja lämpöstabiloituja, palttina- tai twillisidoksisia, pestyjä polyamidi‑ ja polyesterikudoksia, joiden paino on 60…110 g/m². Kankaita on sekä värjättyjä että valkoisia. Valkoisia kankaita kudotaan myös värillisin, loimensuuntaisin ohjauslangoin. Näillä maksimi lämmönkesto on tyypillisesti 200…230 °C. Valmistettavaan kappaleeseen saatavan pinnan karkeus ja tekstuuri riippuvat käytetystä karhennuskangastyypistä. Vaikuttavina tekijöinä ovat kankaan sidos, lankatiheys ja langannumero.

Karhennuskankaina voidaan käyttää myös silikoni- tai PTFE-pinnoitettuja irrotuskankaita, joita kudotaan polyamidi-, polyesteri- ja lasikuitulangoista. Näitä käytetään tyypillisesti alipainesäkitysmenetelmien yhteydessä yhdistettynä irrotus- ja karhennuskankaana sekä silloin, kun muovauslämpötila on korkea. Yleisimmin näitä käytetään ulkonäöllisistä syistä, kun muovattavaan kappaleeseen halutaan tietynlainen pinnan karkeus tai tekstuuri. (ks. 10.1.2). Lasikuidusta kudottujen, irrotusaineella pinnoitettujen karhennuskankaiden lämmönkesto on noin 430 °C. Nämä soveltuvat käytettäviksi useaan kertaan. 

10.1.4   Imu‑ ja ilmanjohtokankaat

Imu‑ ja ilmanjohtokankaat olivat aikaisemmin lasikuitu‑ tai juuttikudoksia. Näiden muotoiltavuus monimutkaisiin muotoihin on kuitenkin huono ja kankaan sidokset saattavat jättää muovattavaan kappaleeseen jäljet. Nykyisin käytetään yleisesti synteettisistä kuiduista, polyesteristä ja polyamidista valmistettuja kuitukankaita, jotka mukautuvat monimuotoisiin muotoihin menettämättä ominaisuuttaan toimia tasaisena ilmanjohtokerroksena säkityskalvon alla. Näistä ei jää epätoivottavia jälkiä muovattavaan kappaleeseen. Ne toimivat myös pehmusteena säkityskalvon alla estäen sen vahingoittumisen terävien taitosten kohdalla. Imukankaana toimiessaan kuitukankaaseen imeytyy muovattavasta kappaleesta paineen alaisena virtaava ylimääräinen hartsi. Ilmanjohtokankaana se auttaa ilman tasaista poistamista alipainekalvon tai ‑säkin sisältä.

Usein on mahdollista käyttää samaa kuitukangasta sekä imu‑ että ilmanjohtokankaana. Tämä on mahdollista, kun muovia virtaa vain vähäisessä määrin tai ei ollenkaan perforoidun irrotuskalvon läpi imu-/ilmanjohtokerrokseen. Runsas hartsin virtaus ja imeytyminen kankaaseen saattaa estää sen moitteettoman toiminnan ilmanjohtokerroksena. Mikäli erillisiä kankaita käytetään, on niiden väliin asetettava neularei’itetty irrotuskalvo, joka päästää ilman ja kaasut lävitseen, mutta estää hartsin virtauksen ilmanjohtokerroksena käytettävään kankaaseen.

Imukankaina ja ilmanjohtokankaina käytettävät raskaimmat kuitukankaat ovat 5…7 mm paksuja ja painavat 650…700 g/m². Imukankaat kykenevät imemään neliöpainonsa verran hartsia neliömetriä kohti. Kevyimmät imukankaat painavat n. 45 g/m² ja niiden paksuus on n. 0,33 mm. Imukankaita voidaan käyttää yksi tai useampi kerros. Näiden kuitukankaiden lujuus sekä venymis‑ ja taipuisuusominaisuudet ovat erittäin hyvät. Ilmanjohtokankaina käytetään samoja synteettisistä kuiduista valmistettuja kuitukankaita 150 g/m² painosta ja 2 mm paksuudesta ylöspäin.

Painesäkkimuovauksessa ja autoklaavikovetuksessa saattaa paine olla jopa 10 baaria. Tällöin on käytettävä paksumpia ilmanjohtokankaita, jotta kangas ei paineen alla puristuisi kasaan ja ilman kulku estyisi. Tavallisessa alipainemuovauksessa voidaan käyttää kevyempiä ja ohuempia kuitukankaita. Polyesterikankaita voidaan käyttää ilmanjohtokankaina n. 200 °C:een ja polyamidi 6.6 kankaita n. 230 °C:een asti. Polyamidista valmistetut ilmanjohtokankaat kestävät kuidun alemmasta sulamislämpötilasta huolimatta kasaan puristumatta korkeampaa lämpöä ja painetta kuin polyesterikuituiset ilmanjohtokankaat. Tämä johtuu polyesterin polyamidia alhaisemmasta pehmenemislämpötilasta. Valmistuksessa on myös lasikuituseoksisia imu‑ ja ilmanjohtokankaita, joiden lämmönkesto on noin 450 °C. Myös palamista hidastavia, lähinnä autoklaavimuovaukseen tarkoitettuja imu-/ilmanjohtokankaita on saatavilla.

Alipaineinjektoinnissa käytetään imu- ja ilmanjohtokankaan asemesta polypropeenista tai polyeteenistä valmistettua verkkoa, jonka tehtävänä on paitsi tiivistää myös helpottaa matriisimuovin virtausta kappaleen pinnassa. 

10.1.5   Alipainekalvot ja ‑säkit

Alipainekalvoja valmistetaan useista eri polymeereistä. Yleisimmin käytettyjä ovat polyamidi 6 ja polyamidi 6/66 seokset, polypropeeni, PTFE ja polyimidi. Alipainokalvolla on oltava hyvä lujuus, sitkeys ja elastisuus. Niiden on mukauduttava monimutkaisiin muotoihin helposti ja repeytymättä eikä niihin saa syntyä mikroreikiä. Tavallisimmat kalvon paksuudet ovat 0,05 ja 0,075 mm. Käytettäessä styreeniä sisältäviä matriisimuoveja tulisi kalvon paksuuden olla vähintään 0,070 mm. Kalvojen lämmönkesto on laadusta riippuen 120…450 °C. Alipainekalvoja valmistetaan rullatavarana yksi- tai kaksikerroksisena kalvona sekä letkuna. Niitä on sekä läpinäkyviä että värillisiä laatuja. Alipainekalvon valintaan vaikuttavat käytetty matriisimuovi, valmistettavan kappaleen muoto ja valmistuslämpötila.

Alipainesäkkejä voidaan käyttää useita kertoja. Halvimmat ovat lateksista valmistettuja ja niiden lämmönkesto on 100…160 °C laadusta riippuen. Niiden paksuus on tavallisesti 0,75 mm, venymä 850 % ja väri luonnonlateksin kellertävä (läpinäkyvä) tai musta. Synteettisestä kumista valmistettujen alipainesäkkien lämmönkesto on 240 °C. Niitä on sekä vulkanoituina että vulkanoimattomina laatuina. Jälkimmäiset voidaan muotoilla tarkasti haluttuun muotoon muottia, alipainetta ja autoklaavia sekä lämpöä käyttäen. Käsittelyn aikana kumi vulkanoituu ja alipainesäkki saa pysyvästi halutun muodon. Säkki voidaan koota osista, sillä vulkanointi liimaa limisaumatut kumikappaleet pitävästi ja ilmatiiviisti toisiinsa. Tarvittaessa voidaan alipainesäkkiin liimata PTFE-irrotuskalvo. Tähän tarkoitukseen valmistetaan tarrairrotuskalvoja, joissa liimana on silikoni‑ tai kumiliima (ks. 10.1.2).

Alipainekalvo tiivistetään muottia vasten erilaisia tiivisteuria ja ‑renkaita tai tiivisteteippiä käyttäen. Tiivisteteipit ovat synteettisestä kumiseoksesta valmistettuja vulkanoituja tai vulkanoimattomia teippejä, joiden leveys on tavallisesti 12 mm ja paksuus 3 mm. Teipin kumiseos sisältää erilaisia täyteaineita, pehmitteitä ja tartunta-aineita. Tiivisteteippien on oltava lujia ja elastisia ja niitä on voitava käyttää kaikkien tavanomaisten matriisimuovien kanssa. Muovauksen jälkeen tiivisteteipin on irrottava helposti yhtenä kappaleena eikä siitä saa jäädä jälkiä muottiin. Tiivisteteippien lämmönkesto on laadusta riippuen 90…400 °C.

Erilaisia teippejä käytetään myös kiinnitykseen, suojaukseen ja vuotojen paikkaukseen. Erikoisteipit ovat paineen- ja lämmönkestäviä, tavallisesti polyesteristä tai polyimidistä valmistettuja. Liimana käytetään kumia, akryyliä tai täysin kovetettua silikonia. Teipit kestävät 205…400 °C:n jatkuvaa lämpöä. Teippien paksuudet ovat 0,025…0,100 mm. Niitä valmistetaan värittöminä ja värillisinä.

10.1.6   Kutisteteipit

Kutisteteippejä voidaan käyttää poikkileikkaukseltaan pyöreiden kappaleiden valmistuksessa antamaan tarvittava laminaatin biaksiaalinen puristus kovetusjakson aikana. Kappaleet voidaan valmistaa joko muotin päällä tai ilman muottia prepregeistä käärimällä. Muita valmistusmenetelmiä ovat kelaus ja suulakeveto, joissa käytetään hartsilla kostutettuja kuituja, kudoksia tai muita näihin valmistusmenetelmiin soveltuvia lujitemuotoja. Kutisteteipit ovat tavallisimmin polyamidi-, polyesteri-, polyimidi- tai PTFE-teippejä. Polyamiditeippejä valmistetaan myös irrotusaineella käsiteltyinä sekä rei´itettyinä laatuina.

Matriisimuovi-/lujitekerroksien päälle limikelattu tai kääritty teippi alkaa laadusta riippuen kutistua 35…90 °C:n lämpötilassa saavuttaen maksimijännityksen 150…200 °C:n lämpötilassa ja maksimikutistuman 10 minuutissa (PTFE-teippi yhdessä minuutissa). Lämmityksen aiheuttama suurin teipin pituussuuntainen jännitys on laadusta riippuen 10…205 MPa. Kun teippi on kutistunut valmistettavan kappaleen salliman määrän, teipin jäännöskutistumisjännitys pitää yllä puristusta koko kovetusjakson ajan. Puristusvoiman suuruus riippuu valmistettavan kappaleen halkaisijasta, teippikerroksien määrästä, kovetuslämpötilasta, teipin paksuudesta ja kappaleen kokoonpuristuvuudesta. Maksimi käyttölämpötilat ovat laadusta riippuen 205…400 °C.

Seuraava luku: 10.1    Tuotannon apuaineet ja tarvikkeet